Эволюция структур лестница в диффузионном конвекции

Этот метод может быть использован для изучения ключевых вопросов в динамических процессах диффузионных конвекционных лестничных конструкций, таких как их возникновение, развитие и исчезновение. С помощью нынешней экспериментальной установки мы можем ясно видеть эволюцию диффузионной конвекции, которую очень трудно, если не невозможно, наблюдать непосредственно в океане. Соберите комплектующие рабочей емкости.

К ним относятся медные верхняя и нижняя пластины и акриловая боковая стенка в сборе. Верхняя пластина гальванически покрыта и включает в себя водяную камеру, доступ к которой осуществляется с помощью трубок. Также в нем есть места для термисторов.

Нижняя пластина также гальванизирована и имеет прорези для термисторов. В нем находится грелка. Используйте дистиллированную воду для тщательной очистки медных пластин и акриловых боковых стенок.

Когда закончите, соберите бак с помощью винтов, чтобы обеспечить его водонепроницаемость. Этот готовый резервуар имеет 257 миллиметров в длину и высоту и 65 миллиметров в ширину. За оптическим столом установите опорную раму из нержавеющей стали.

Сверху на каркас положите изолирующую плиту. Когда все на месте, поместите собранный бак на плиту. Вставьте термисторы в верхнюю и нижнюю пластины и подключите их к системе сбора данных.

Термистор контролирует температуру пластины, в которую он помещен. Затем переместите прецизионный вертикальный столик для установки щупа. Через верхнюю пластину поместите в резервуар микродатчик проводимости и температуры.

Закрепите прибор на столешнице прецизионного перевода. Теперь настройте программное обеспечение для сбора данных датчиков и показаний термистора. Вернитесь в бак, чтобы отрегулировать положение датчика проводимости и температуры.

Установите начальное положение датчика в его самой нижней точке, здесь, на высоте 20 миллиметров над дном бака. Затем задайте параметры движения для этапа трансляции для эксперимента. Используйте технику теневого графа для мониторинга эксперимента.

Для этого прикрепите лист кальки на внешней стороне одной стороны бака. На противоположной стороне танка, примерно в пяти метрах, разместите источник света. Чтобы получить почти коллимированный луч, используйте узколучевой светодиод в качестве источника света.

Поместите высокоскоростную видеокамеру примерно в метре перед калькой на пути луча. При включенных лампе и видеокамере отрегулируйте их положение для получения четкого изображения. Получите два одинаковых прямоугольных резервуара для рабочей жидкости.

Баки имеют тот же размер, что и рабочий бак. Соедините их у основания зажатой гибкой трубкой, длиной 10 сантиметров. Разместите два резервуара на одной высоте.

Договоритесь о том, чтобы в одном баке была электрическая мешалка. Далее зажмите гибкую 50-сантиметровую трубку в перистальтический насос. Используйте трубку для соединения бака с мешалкой с рабочим баком.

Наполните бак, в котором нет мешалки, солевым раствором концентрации 60 грамм на килограмм. Наполните другой бак таким же объемом дегазированной пресной воды. Как только баки будут заполнены, разожмите соединительную трубку.

Непрерывно гомогенизируйте воду для затворения с помощью электрической мешалки. Контролируйте расход в рабочем баке с помощью перистальтического насоса. Рабочий бак заполняется и готов к эксперименту примерно за три часа.

Для эксперимента используйте охлаждаемый циркуляционный насос для установки граничных условий верхней пластины. На верхней пластине соедините водяную камеру с охлаждающим циркуляционным насосом с помощью восьми мягких пластиковых трубок. В циркуляционном насосе установите температуру для верхней пластины на комнатную температуру.

Теперь подключите грелку нижней пластины к источнику питания постоянного тока и установите уровень его мощности. Включите видеокамеру, чтобы записать рисунок потока. Начните мониторинг данных о температуре и солености.

Затем начните вертикальное движение датчика. Наконец, включите охлаждаемый циркуляционный насос и источник питания постоянного тока, чтобы достичь граничных условий рабочей жидкости. Это пример изображения теневого графика, полученного, когда верхняя пластина имеет комнатную температуру, а нижняя нагревается.

На изображении есть три конвективных слоя, в которых плотность жидкости однородна. Также есть три слоя интерфейса, где существуют большие градиенты плотности. Этот профиль колебаний интенсивности имеет три пика, которые соответствуют границам раздела.

Здесь представлена эволюция профиля колебаний интенсивности во времени, которая показывает образование, развитие и исчезновение слоев, связанных с лестницей с диффузионной конвекцией. Профиль температуры и профиль солености позволяют по-другому взглянуть на эволюцию системы во времени. В этих профилях каждая непрерывная строка представляет данные, собранные за 404 секунды.

Каждый набор данных в профиле температуры смещен на 1,5 градуса Цельсия от предыдущего. Для профиля солености каждый набор данных смещается на три грамма на килограмм от предыдущего набора. Этот метод также может быть применен для моделирования других явлений в океанах, таких как глобальная океаническая циркуляция, углубление смешанного слоя и извержение гидротермального шлейфа.

Если вы хотите попробовать эту процедуру, не забудьте сначала отрегулировать датчики проводимости и температуры в самое нижнее положение ступени трансляции, чтобы предотвратить столкновение датчика о нижнюю пластину. С помощью представленных результатов мы можем в дальнейшем разработать новую параметризацию толщины слоя, теплового потока и добавить диффузионность в диффузионной конвекции, что проложит путь сообществу физических океанографов к изучению явлений в океаническом приложении.