Convezione diffusivo (DC) si verifica ampiamente nei naturali processi e applicazioni ingegneristiche, caratterizzate da una serie di scale con strati omogenei convettiva e interfacce stratificate. Una procedura sperimentale è descritta per simulare il processo di evoluzione della struttura scala DC, tra cui la generazione, sviluppo e scomparsa, in una vasca rettangolare.
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Articolo metodologico
Evoluzione delle strutture di scala in convezione diffusivo
In questo articolo
Sommario
Abstract
Diffusivo convezione (DC) si verifica quando la verticale stratificata densità è controllata da due opposti scalari sfumature che hanno distintamente differente diffusività molecolare e i gradienti di scalare più grandi e più piccoli-diffusività sono positivi e negativi contributi per la distribuzione di densità, rispettivamente. La DC si verifica in molti processi naturali e applicazioni di ingegneria, per esempio, oceanografia, astrofisica e metallurgia. Negli oceani, una delle caratteristiche più notevoli di DC è che i profili verticali di temperatura e salinità sono scala-come la struttura, composta di passaggi consecutivi con spessi strati omogenei convettiva e interfacce relativamente sottile e ad alto gradiente. Le scale di DC sono state osservate in molti oceani, soprattutto nell'Artico e Antartico oceani e svolgono un ruolo importante sulla circolazione oceanica e cambiamento climatico. Nell'Oceano Artico, esistono scale di DC per tutto il bacino e persistente negli oceani superiori e profondi. Il processo di DC ha un effetto importante sulla diapycnal di miscelazione nell'oceano superiore e può influenzare significativamente il ghiaccio-fusione superficiale. Rispetto alle limitazioni di osservazioni sul campo, esperimento di laboratorio Mostra relativo vantaggio unico di esaminare in modo efficace i processi di dinamici e termodinamici in DC, perché le condizioni al contorno e i parametri controllati possono essere strettamente registrati. Qui, un protocollo dettagliato è descritto per simulare il processo di evoluzione della struttura di scala DC, tra cui la sua generazione, sviluppo e scomparsa, in una vasca rettangolare riempita con acqua salina stratificato. La messa a punto sperimentale, processo di evoluzione, analisi dei dati e discussione dei risultati sono descritti in dettaglio.
Introduzione
Doppia convezione diffusivo (DDC) è uno dei più importanti processi di miscelazione verticali. Si verifica quando la distribuzione di densità verticale della colonna d'acqua stratificato è controllata da due o più sfumature di componenti scalari di direzioni opposte, dove i componenti sono distintamente differenti diffusività molecolare1. Si presenta ampiamente in Oceanografia2, atmosfera3, geologia4, astrofisica5, scienza dei materiali6, metallurgia7e ingegneria architettonica8.....
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Protocollo
1. lavoro serbatoio
Nota: L'esperimento è effettuato in una vasca rettangolare. Il serbatoio comprende piastre superiore e inferiore e una parete laterale. Le piastre superiore e inferiore sono in rame con superfici elettrolitica. C'è una camera dell'acqua all'interno della piastra superiore. Un rilievo di riscaldamento elettrico è inserito nella piastra inferiore. La parete laterale è in Plexiglas trasparente. La dimensione del serbatoio è Lx = 257 mm (lunghezza), Ly = 65 mm (larghezza) e Lz = 257 mm (altezza). Lo spessore del fianco è di 9,5 mm.
- Pulire le piastre di rame e la parete laterale in P....
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Risultati
Figura 1 Mostra lo schema dell'apparato sperimentale. Suoi componenti sono descritti nel protocollo. Le parti principali sono mostrate in Figura 1a e il serbatoio di lavoro dettagliato è mostrato in Figura 1b. La figura 2 Mostra i cambiamenti di temperatura nella parte inferiore (T,b, la curva rossa) e piastre superiore (T,t, la curva nera). È indicato che la temperatura delle due .......
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Discussione
In questo articolo è descritto un dettagliato protocollo sperimentale per simulare le strutture di scala termoalina DC in una vasca rettangolare. Una stratificazione di densità lineare iniziale del fluido di lavoro è costruita utilizzando il metodo di due bombole. La piastra superiore è mantenuta a una temperatura costante e quello inferiore al flusso di calore costante. Il processo di intera evoluzione della scala DC, tra cui la sua generazione, sviluppo, Unione e scomparsa, sono visualizzati con la tecnica di shadowgra.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Quest'opera è stata sostenuta da sovvenzioni NSF cinese (41706033, 91752108 e 41476167), sovvenzioni Grangdong NSF (2017A030313242 e 2016A030311042) e grant LTO (LTOZZ1801).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Serbatoio | Parte su misura | ||
| Plexiglas | Parte su misura | ||
| Termoforo | Parte su misura | ||
| Acqua | Fornitori multipli | ||
| Tavolo ottico | Liansheng Inc. | MRT-P/B | |
| Termiostore Parte | su misura | ||
| Multimetro digitale | Keithley Inc | Modello 2700 | |
| Strumento di conducibilità e temperatura su microscala (MSCTI) | PME. Inc. | Modello 125 | |
| Acquisizione dati multifunzione (MDA) | MCC. Inc. | USB-2048 | |
| Stadio di traslazione di precisione motorizzato (MPTS) | Thorlabs Inc. | LTS300 | |
| da lucido | Fornitori multipli | ||
| Lampada | Fornitori multipli | ||
| Videocamera | Sony Inc. | XDR-XR550 | |
| dolce degassata | Parte su misura | ||
| Acqua | Parte su misura | ||
| Tubo | Fornitori multipli | ||
| Agitatore magnetico elettrico | Meiyingpu Inc. | MYP2011-100 | |
| Pompa peristaltica | Zhisun Inc. | DDBT-201 | |
| Circolatore refrigerato | Polyscience Inc. | Modello 9702 | |
| morbido in plastica | Fornitori multipli | ||
| Alimentatore a corrente continua | GE Inc. | GPS-3030 | |
| Matlab | MathWorks Inc. | R2012a |
Riferimenti
- Turner, J. S. Buoyancy Effects in Fluids. , Cambridge Univ. Press, N. Y. 367(1973).
- Schmitt, R. W. Double diffusion in oceanography. Annual Review of Fluid Mechanics. 26, 255-285 (1994).
- Turner, J. S., Gustafson, L. B. Fluid motions and compositional gradients produced by crystallization or melting at ver....
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Ristampe e permessi
