퍼지는 대류에 계단 구조의 진화

이 방법은 확산 대류 계단 구조의 동적 프로세스에서 생성, 개발 및 소멸과 같은 주요 문제를 탐색하는 데 사용할 수 있습니다. 현재의 실험 설정을 통해 우리는 확산 대류의 진화를 명확하게 볼 수 있으며, 이는 불가능하지는 않더라도 바다에서 직접 관찰하기가 매우 어렵습니다. 작업 탱크의 구성 요소를 모으십시오.

여기에는 구리 상단 및 하단 플레이트와 아크릴 측벽 어셈블리가 포함됩니다. 상판은 전기도금되어 있으며 튜브로 접근할 수 있는 수실을 둘러쌉니다. 또한 서미스터를 위한 장소도 있습니다.

바닥판도 전기도금되어 있으며 서미스터용 슬롯이 있습니다. 발열 패드가 포함되어 있습니다. 증류수를 사용하여 구리판과 아크릴 측벽을 조심스럽게 청소하십시오.

완료되면 나사를 사용하여 탱크를 조립하여 방수가 되는지 확인하십시오. 이 완성 된 탱크는 길이와 높이가 257mm이고 너비가 65mm입니다. 광학 테이블에서 스테인리스 스틸 지지 프레임을 설정합니다.

프레임 위에 절연 슬래브를 놓습니다. 모든 것이 제자리에 있으면 조립된 탱크를 슬래브에 놓습니다. 서미스터를 상단 및 하단 플레이트에 삽입하고 데이터 수집 시스템에 연결합니다.

서미스터는 그것이 놓인 플레이트의 온도를 모니터링합니다. 다음으로, 프로브를 장착하기 위해 정밀 수직 변환 스테이지를 제자리에 이동합니다. 상판을 통해 마이크로 스케일 전도도 및 온도 기기 센서를 탱크에 놓습니다.

기기를 정밀 변환 스테이지에 고정합니다. 이제 센서 데이터 수집 및 서미스터 판독을 위한 소프트웨어를 설정하십시오. 탱크로 돌아가서 전도도 및 온도 센서의 위치를 조정하십시오.

센서의 초기 위치를 가장 낮은 지점(여기에서 탱크 바닥에서 20mm 위)으로 설정합니다. 그런 다음 실험의 평행 이동 단계에 대한 동작의 매개변수를 설정합니다. 그림자 그래프 기법을 사용하여 실험을 모니터링합니다.

이를 위해 탱크 한쪽 바깥쪽에 트레이싱 페이퍼 한 장을 부착하십시오. 탱크 반대편, 약 5m 떨어진 곳에 광원을 놓습니다. 거의 시준된 빔을 생성하려면 좁은 빔 LED를 광원으로 사용하십시오.

고속 캠코더를 빔 경로의 트레이싱 페이퍼 앞에 약 1미터 정도 놓습니다. 램프와 캠코더를 켠 상태에서 선명한 이미지를 위해 위치를 조정합니다. 작동 유체에 대해 두 개의 동일한 직사각형 탱크를 얻습니다.

탱크는 작업 탱크와 같은 크기입니다. 길이가 10cm인 고정된 유연한 튜브로 바닥에서 결합하십시오. 두 탱크를 같은 높이에 놓습니다.

하나의 탱크에 전기 교반기가 있도록 준비하십시오. 다음으로, 유연한 50cm 튜브를 연동 펌프에 고정합니다. 튜브를 사용하여 교반기가 있는 탱크를 작업 탱크에 결합합니다.

교반기가없는 탱크에 킬로그램 당 60 그램 농도의 식염수를 채 웁니다. 다른 탱크에 동일한 양의 탈기된 담수를 채웁니다. 탱크가 채워지면 연결 튜브를 풉니다.

전기 교반기로 혼합 물을 지속적으로 균질화하십시오. 연동 펌프로 작업 탱크의 유량을 제어하십시오. 작업 탱크를 채우고 실험 준비를 하는 데 약 3시간이 걸립니다.

실험의 경우 냉장 순환기를 사용하여 상판 경계 조건을 설정합니다. 상판에서 8개의 부드러운 플라스틱 튜브를 사용하여 수실과 냉장 순환기를 연결합니다. 순환기에서 상판의 온도를 실온으로 설정합니다.

이제 바닥판의 가열 패드를 DC 전원 공급 장치에 연결하고 전력 수준을 설정합니다. 캠코더를 켜서 흐름 패턴을 기록합니다. 온도 및 염도 데이터 모니터링을 시작합니다.

그런 다음 센서의 수직 동작을 시작합니다. 마지막으로 냉장 순환기와 DC 전원 공급 장치를 켜서 작동 유체 경계 조건을 달성합니다. 이것은 상판이 실온에 있고 바닥판이 가열될 때 촬영된 섀도우 그래프 이미지의 예입니다.

이미지에는 유체 밀도가 균일한 세 개의 대류층이 있습니다. 또한 큰 밀도 구배가 존재하는 세 개의 계면 계층이 있습니다. 이 intensity fluctuation profile에는 인터페이스에 해당하는 3개의 피크가 있습니다.

다음은 시간에 따른 강도 변동 프로파일의 진화이며, 이는 확산 대류 계단과 관련된 층 생성, 발달 및 소멸을 보여줍니다. 온도 프로파일과 염도 프로파일은 시스템의 시간 경과에 따른 진화에 대한 다른 관점을 제공합니다. 이러한 프로필에서 각 연속 선은 404초 동안 수집된 데이터를 나타냅니다.

온도 프로파일의 데이터 세트는 각각 이전보다 섭씨 1.5도 오프셋됩니다. 염도 프로파일의 경우 각 데이터 세트는 이전 세트에서 킬로그램당 3g씩 오프셋됩니다. 이 방법은 또한 전 지구적 해양 순환, 혼합층 심화, 열수 기둥 분출과 같은 바다의 다른 현상을 시뮬레이션하는 데 적용할 수 있습니다.

이 절차를 시도하려면 처음에 전도도 및 온도 센서를 변환 스테이지의 가장 낮은 위치로 조정하여 센서가 바닥판에서 충돌하는 것을 방지하는 것을 기억하십시오. 제시된 결과를 통해 우리는 층 두께, 열 플럭스의 새로운 매개변수화를 더욱 개발하고 확산 대류에서 확산성을 추가할 수 있으며, 이는 물리적 해양학 커뮤니티가 해양 응용 분야의 현상을 연구할 수 있는 길을 열 것입니다.