Summary
Diffusive konveksjon (DC) skjer mye i naturlige prosesser og tekniske programmer, preget av en rekke trapper med homogen convecting lag og lagdelt grensesnitt. En eksperimentelle prosedyren er beskrevet å simulere utviklingsprosessen av DC trapp strukturen, inkludert generasjon, utvikling og forsvinning, i en rektangulær tank.
Abstract
Diffusive konveksjon (DC) oppstår når vertikalt stratifisert tetthet styres av to motstridende skalar forløpninger som har tydelig ulike molekylær diffusivities, og større - og mindre-diffusivity scalar graderingene har negative og positive bidrag for tetthet distribusjon, henholdsvis. DC oppstår i mange naturlige prosesser og tekniske programmer, for eksempel oseanografi, astrofysikk og metallurgi. I havet er en av de mest bemerkelsesverdige funksjonene FM at loddrett temperatur og saltholdighet profilene er trapp-lignende struktur som består av sammenhengende trinn med tykk homogen convecting lag og relativt tynn og høy-gradient grensesnitt. DC trappene er observert i mange hav, spesielt i Arktis og Antarktis hav, og spiller en viktig rolle på havet sirkulasjon og klimaendringer. I Nordishavet finnes det bassenget hele og persistent DC trapper i øvre og dype havene. DC prosessen har en betydelig effekt på diapycnal blande i øvre havet og kan betydelig påvirke det overflate issmelting. I forhold til begrensningene i feltet observasjoner, viser laboratory eksperimentet sin unike fordel å effektivt undersøke dynamisk og termodynamisk prosessene i DC, fordi betingelsene og kontrollert parameterne kan strengt justeres. Her er en detaljert protokoll beskrevet å simulere utviklingsprosessen av DC trapp struktur, inkludert generasjon, utvikling og forsvinning, i en rektangulær tank fylt med stratifisert saltholdig vann. Den eksperimentelle oppsett, utviklingsprosessen, analyse og diskusjon av resultater er beskrevet i detalj.
Introduction
Dobbel diffusive konveksjon (DDC) er en av de viktigste vertikale blande prosessene. Det skjer når loddrett tetthet fordelingen av lagdelt vannsøylen styres av to eller flere skalar komponenter graderinger av motsatte retninger, der komponentene har tydelig ulike molekylær diffusivities1. Det skjer mye i oseanografi2, atmosfære3, geologi4, astrofysikk5, materielle vitenskap6, metallurgi7og arkitektoniske engineering8. DDC finnes i nesten halvparten av globale havet, og det har viktige effekter på oceanic multi-skala prosesser og selv klimatiske endringer9.
Det er to primære moduser for DDC: salt finger (SF) og diffusive konveksjon (DC). SF oppstår når et varmt, salt vann masse overlies kjøligere, friskere vann i lagdelt miljøet. Når vannet varmt, salt ligger under kald og frisk vann, vil DC danne. Det bemerkelsesverdige ansiktstrekk av FM er at vertikale profiler av temperatur, salinitet og tetthet er trapp-lignende, komponert av alternant homogen convecting lagene og tynt, sterkt lagdelt grensesnitt. DC forekommer hovedsakelig i høy latitude hav og noen indre salt innsjøer, som Arktis og Antarktis hav, Okhotsk sjøen, Rødehavet og afrikanske Kivu Lake10. I Nordishavet finnes det bassenget hele og persistent DC trapper i de øvre og dype hav11,12. Den har en betydelig effekt på diapycnal blande i øvre havet kan betydelig påvirke is-smelting, som nylig vekker mer og mer interesser i oseanografi samfunnet13.
DC trapp strukturen ble først oppdaget i Nordishavet i 196914. Etter, Padman & Dillon15, Timmermans et al. 11, Sirevaag & Fer16, Zhou & Lu12, Guthrie et al. 17, Bebieva & Timmermans18og Shibley et al. 19 målt DC trappene i forskjellige områder i Nordishavet, inkludert vertikale og horisontale skalaer av convecting laget og grensesnitt, dybde og total tykkelse på trappen, vertikal varme overføring, DC prosessene i mesoscale eddy og timelig og romlig endringene av trapp strukturer. Schmid et al. 20 og Sommer et al. 21 observert DC trapperom ved hjelp av en mikrostruktur profiler i Kivu Lake. De rapporterte hovedstrukturen funksjoner og varme flukser FM og sammenlignet de målte varme flukser med eksisterende parametrisk formel. Med databehandling hastigheter bedre, de numeriske simuleringene av DC har nylig gjort, for eksempel undersøke grensesnittet struktur og ustabilitet, varmeoverføring gjennom grensesnittet, lag flette hendelsen og så videre22, 23 , 24.
Feltet observasjon har kraftig forbedret forståelsen av havet DC for oseanografi, men målet er sterkt begrenset av ubestemte oceanic flyt miljøer og instrumenter. For eksempel DC-grensesnitt har en ekstremt liten loddrette skalaen, tynnere enn 0.1 m i noen innsjøer og hav25, og noen spesielle høyoppløselig instrumenter er nødvendig. Laboratory eksperimentet viser sine unike fordeler i å utforske grunnleggende dynamisk og termodynamisk lovene i DC. Med en laboratory eksperimentet, kan man observere utviklingen av DC trappen, måle temperatur og saltholdighet og foreslå noen parameterizations for de oceanic programmer26,27. Videre, i et laboratorium eksperiment, kontrollert parametere og forhold lett justeres etter behov. For eksempel Turner først simulert DC trappen i laboratoriet i 1965 og foreslått en varme overføring parameterne over diffusive grensesnittet, som var hyppig oppdatert og mye brukt i i situ oceanic observasjoner28 .
I dette papiret er en detaljert eksperimentelle protokoll beskrevet å simulere utviklingsprosessen av DC trapp, inkludert generasjon, utvikling og forsvinning, i lagdelt saltholdig vann oppvarmet nedenfor. Temperatur og saltholdighet måles av en mikro-skala instrument samt DC trapperom overvåkes med shadowgraph teknikk. Den eksperimentelle oppsett, utviklingsprosessen, analyse og diskusjon av resultater er beskrevet i detalj. Ved å endre den opprinnelige og betingelser, kan dagens eksperimentelle oppsett og metoden brukes til å simulere andre oceanic fenomener, slik som den oceanic vannrett konveksjon, havfiske hydrotermal utbrudd, blandet overflatelaget dypere, effekten av ubåten geotermisk på havet sirkulasjon, og så videre.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. arbeider Tank
Merk: Eksperimentet er utført i en rektangulær tank. Tanken inkluderer topp og bunn plater og en sidevegg. Topp og bunn plater er laget av kobber med galvanisert flater. Det er en vann kammer innenfor topplaten. En elektrisk oppvarming pad settes i bunnplaten. Sideveggen er laget av gjennomsiktig plexiglass. Tanken er Lx = 257 mm (lengde), Ly = 65 mm (bredde) og Lz = 257 mm (høyde). Tykkelsen på sideveggen er 9,5 mm.
- Rengjør kopperplatene og plexiglass sideveggen med destillert vann.
- Samle tanken med skruene slik at tanken er vanntett.
- Sett opp en rustfritt stål støtte ramme (høyde 150 mm) på en optisk bord og fastsette tanken over rammen med en varme isolerende skive mellom som begrenser varme lekkasje fra arbeider tanken til tabellen.
- Tre termistorer (temperatur stabilitet 0,01 ° c) inn hver plate og koble dem til et digitalt multimeter. Merk disse termistorer brukes til å overvåke temperaturen på topp og bunn plater.
- Plasser en mikro-skala ledningsevne og temperatur Instrument (MSCTI) inne akvariet og koble den til en multifunksjonsmaskin Data oppkjøp (MDA). Fastsette MSCTI til et motorisert presisjon oversettelse Stadium (MPTS).
Merk: Legg merke at MSCTI kan flyttes opp og ned av det loddrett bevegelse, slik at arbeider væsken temperatur og saltholdighet profiler er oppnådd. Her har MSCTI temperatur stabilitet 0,01 ° C og saltholdighet stabilitet på 1%. MPTS har posisjonelle nøyaktighet 0.005 mm. - Angi parameterne i tilsvarende programvare Digital Multimeter og multifunksjons datainnsamling, som samplingsfrekvenser, data erverv kanaler og lagring baner. Her satt samplingsfrekvenser digital Multimeter og multifunksjons datainnsamling som 1.0 og 128 Hz, henholdsvis.
- Angi bevegelige parametere i programmet av den MPTS, inkludert utgangsposisjon, de laveste og høyeste stillingene, fart og akselerasjon, MSCTI. Her satt bevegelige fart og akselerasjon som 1 mm/s og 0,5 mm/s2, og angi de laveste og høyeste stillingene som 20 og 220 mm over bunnplaten. Dette fører til en periode på MPTS av 404 s for en opp-ned måling. Angi den opprinnelige plasseringen av MSCTI på laveste posisjon.
- Holde romtemperatur nesten konstant rundt 24 ° C med to høyeffekts klimaanlegg (arbeider makt 3000 M).
2. optisk apparater
Merk: Under eksperimentet-utviklingen av DC trappen vil bli overvåket med shadowgraph teknikk, som er med i prosedyrene nedenfor
- Fest tracing papir (25,7 cm x 25,7 cm) på utsiden av akvariet.
- Bruke en smal stråle LED lampe som lyskilden. Plass lyskilden ca 5 m fra den andre siden av tanken, slik at nesten collimated lys kan genereres. Merk at under eksperimentet DC lagdelte væske struktur lyser på sporing papiret på grunn tetthet (tilsvarende endring av indeks av refraction) av væsken.
- Plass et høyhastighets kamera på samme side av papiret sporing. Det er ca 1 meter fra tanken slik at lagdelt strukturer med full-size tanken kan registreres.
- Angi samplingshastigheten av videokameraet. Merk at samplingsfrekvensen skal være riktig å fange detaljer av trapp videreutviklinger. Her er samplingsfrekvensen videokameraets 25 Hz.
- Slå på lampen og videokamera, og finjustere sine potions og avstander, slik som klare bilder kan bli fanget av videokameraet.
3. arbeider væske
- Forberede saltvann og frisk vann i to tanker.
- Bli med to identiske rektangulære tanker (tank A og tank B) av et fleksibelt rør (10 cm i lengde, 6 mm indre diameter og 10 mm ytre diameter) fra bunnen av hver.
- Fyll tanken A med saltholdig vann, masse konsentrasjonen av salt (dvs. salinitet) er 60 g/kg i dette eksemplet.
- Fyll på B med en lik mengde de gasset frisk vann, og bruk en elektrisk magnetisk rørestang til kontinuerlig homogenize væske.
- Beholde første flytende temperaturen i både tanker som romtemperatur (24 ° C).
- Opprette lineære tetthet lagdeling arbeider tanken.
- Bruke dobbel-tank metoden29 å etablere en innledende lineær lagdeling av saltholdig vann arbeider tanken.
- Plasser tank A og B på samme høyde, som er 30 cm høyere enn arbeider tanken. Bli med tanken B og arbeider tanken med en annen fleksible rør (50 cm i lengde, 2 mm indre diameter og 5 mm ytre diameter) fra bunn. På grunn av væsketrykk forskjellen i disse to tanker, kan væske i tanken B være sakte injisert i arbeider tanken.
- Kontrollere trafikkflyten fart med peristaltiske pumpe på 0,45 mL/s. Merk hele tiden på vann-fylling for arbeider akvariet er ca 3 h. Beregn saltholdighet på bunnen av tanken arbeider basert på29
(1)
hvor SA, V og V0 er saltholdighet i tank A, det endelige væske volumet av arbeider tanken og første flytende volumet av tank A (eller B), henholdsvis. Bruker saltholdighet nederst SB og ferskvann øverst, er oppdrift frekvensen første lagdeling N0
(2)
hvor g er gravitasjonsakselerasjonen, ρ0 er referanse tetthet og β er saltholdighet sammentrekning koeffisient. Merk N0 beregnes som 1.14 rad/s i dette eksemplet.
(1)
(2)4. kjører eksperimentet
- Angi betingelsene for arbeider akvariet.
- Koble vann Mysteriekammeret topplaten til en nedkjølt Sirkulator med åtte jevnt fordelt plast myk rør (150 cm i lengde, 10 mm indre diameter og 15 mm ytre diameter). Merk at temperaturen på topplaten er avhengig av temperaturen i nedkjølt Sirkulator. Angi temperaturen på topplaten å være det samme som romtemperatur (24 ° C).
- Koble Elektrisk oppvarming pad i bunnplaten en direktestrøm levere. Merk en konstant varme fluks er gitt til arbeider væsken i dette eksperimentet, som beregnes som
(3)
hvor U, R og A medfølgende spenningen, pad elektrisk motstand og effektiv området til elektrisk oppvarming, henholdsvis. I dette eksemplet motstand og effektiv området er 44.12 ohm og 1.89 × 10-2 m2. Angi medfølgende spenningen som 60 V, slik at den totale varmen flux Fh er 4317 W/m2.
- Slå på videokameraet spille inn strømningsmønsteret.
- Slå på Digital Multimeter, multifunksjon datainnsamling til å overvåke temperaturen på topp og bunn plater og temperatur og saltholdighet væske med MSCTI.
- Slå på MPTS å flytte MSCTI opp og ned for å oppnå arbeider væsken temperatur og saltholdighet profiler.
- Slå på den nedkjølt Sirkulator og direktestrøm levere å oppnå de øverste og nederste betingelsene arbeider væske.
Merk: Merk at hele eksperimentet vil oppleve generasjon, utvikling, mergence og forsvinningen av DC trappen, og den varer ca 5 timer. Etter forsvinningen av alle DC trapper, deaktivere den direktestrøm strømforsyning, kjøling Sirkulator, MPTS, Digital Multimeter, multifunksjon datainnsamling og videokamera igjen.
(3)5. databehandling
- Shadowgraph bilde
- Bruk et Matlab program for å konvertere videoen registrert av videokamera til etterfølgende bilder for videre analyse. Skreddersy disse bildene for å fremheve strømningsmønsteret i tanken. Angi digitalt bilde intensiteten som jeg (x, z), der (x, z) angir de vannrette og loddrette koordinatene med opprinnelse i nedre venstre hjørne av bildet. Merk jeg (x, z) varierer over (0, 1) med grå nivå av 256. Normalisere hvert bilde av et bakgrunnsbilde som30
(4)
hvor
er gjennomsnittet bildet intensiteten over 10 bilder tatt før kjøling og oppvarming som brukes, 
angir intensiteten av ith bilde. På denne måten kan stasjonære defekter i bildene fjernes. Undersøke verdslige utviklingen av DC mønster, hvert bilde kan konverteres til en enkelt loddrett intensitet svingninger profil, 
, ved å beregne bildet intensitet svingninger (i.e.rot-betyr-torget intensitet) langs den vannrett retning . Plot intensitet svingninger profiler påfølgende bilder sammen med øke tiden vise videreutviklinger av DC trapperom.
- Bruk et Matlab program for å konvertere videoen registrert av videokamera til etterfølgende bilder for videre analyse. Skreddersy disse bildene for å fremheve strømningsmønsteret i tanken. Angi digitalt bilde intensiteten som jeg (x, z), der (x, z) angir de vannrette og loddrette koordinatene med opprinnelse i nedre venstre hjørne av bildet. Merk jeg (x, z) varierer over (0, 1) med grå nivå av 256. Normalisere hvert bilde av et bakgrunnsbilde som30
- Temperatur og saltholdighet profiler
- Merk i dette eksperimentet vertikale profiler av temperatur og saltholdighet i arbeider væsken er målt ved den opp og ned bevegelse MSCTI. Beregne timelige høyden h(t), av MSCTI med gjennomsnitt flytte hastighet w, tiden t, starter tiden t0 (tilsvarende laveste posisjon), den laveste posisjon hL og høyeste plasser hH, som
(5)
hvor
MSCTI flytter periode fra lavest (høyeste) til høyest (laveste) posisjon, n og ses er integrert og fractional deler, henholdsvis. Deretter beregne timelige høyde h(t) som
(6)
Merk i ligningen (6), Hvis n er selv, MSCTI er i bevegelse ellers er MSCTI å flytte ned. Tegne tid serien temperatur T(t) og saltholdighet S(t) i høyden h(t) å få loddrette temperatur og saltholdighet profilene.
- Merk i dette eksperimentet vertikale profiler av temperatur og saltholdighet i arbeider væsken er målt ved den opp og ned bevegelse MSCTI. Beregne timelige høyden h(t), av MSCTI med gjennomsnitt flytte hastighet w, tiden t, starter tiden t0 (tilsvarende laveste posisjon), den laveste posisjon hL og høyeste plasser hH, som
(4)
er gjennomsnittet bildet intensiteten over 10 bilder tatt før kjøling og oppvarming som brukes, 
angir intensiteten av ith bilde. På denne måten kan stasjonære defekter i bildene fjernes. Undersøke verdslige utviklingen av DC mønster, hvert bilde kan konverteres til en enkelt loddrett intensitet svingninger profil, 
(5)
MSCTI flytter periode fra lavest (høyeste) til høyest (laveste) posisjon, n og ses er integrert og fractional deler, henholdsvis. Deretter beregne timelige høyde h(t) som
(6)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 1 viser skjematisk av eksperimentelle. Komponentene er beskrevet i protokollen. Hoveddelene er vist i figur 1a og detaljert arbeider tanken er vist i figur 1b. Figur 2 viser temperaturendringer nederst (Tb, røde kurven) og toppen (Tt, svart kurven) plater. Det er angitt at temperaturen på de to platene er nesten det samme som romtemperatur (24 ° C) først. Ved t = 641 s, topp-kjøling og bunnen-oppvarming brukes. Deretter begynner Tb å øke raskt, fra 24 ° C til 57 ° C, mens Tt er nesten konstant til tiden når 7683 s. I dette tidsintervallet, er det forventet at oppvarming overføres oppover til væsken, men har ikke nådd topplaten. På ca t = 8000 s, Tb oppnår sitt maksimum 57 ° C og Tt begynner å øke gradvis, noe som innebærer at bunnen oppvarming når topplaten. Fra da av er hele tanken helt full av DC trapp strukturer. Deretter bunnplaten temperaturen begynner å redusere og topp-plate temperaturen fortsetter å øke. På ca t = 14800 vises s, både Tb og Tt endre brått, som tilsvarer forsvinningen av det siste grensesnittet i tanken. Senere, både Tb og Tt tilnærming konstantverdier, der hele titter staten tilhører Rayleigh-Bénard konveksjon26.
Figur 3a viser en øyeblikkelig shadowgraph bilde tatt på t = 3375 s. Det er tre grensesnitt og tre convecting lag i tanken. I convecting laget er flytende tetthet homogen, mens i grensesnittet, stor tetthet (eller indeks av refraction) gradering finnes, som produserer sterk lysintensiteten svingninger. Figur 3b viser intensitet svingninger profilen 
, der plasseringen av topper er tilsvarende de av grensesnittene. Figur 3 viser intensitet svingninger profilen shadowgraph bilde som en funksjon av tid . Det utstillinger verdslige utviklingen av DC trapp i forsøket, sammen med dynamiske prosesser, dvs lag generasjon, utvikling og forsvinningen. Når systemet er oppvarmet, en convecting laget former og tykner gradvis fra bunnen av systemet. En kraftig grensesnitt ligger mellom convecting laget og over statisk væsken. Når bunnen convecting lag når visse tykkelse, en ny convecting laget former over grensesnittet. I mellomtiden overføre convecting lag og grensesnitt oppover. En lignende prosess fortsetter inntil en ny convecting laget former over øverste grensesnittet. I utviklingsprosessen, kan slå sammen to tilstøtende lag eller lag er erodert av en annen. På om t = 8000 s, hele tanken består av sju convecting lag. Lag sammenslåing er bare prosessen, og antall lag reduserer gradvis. På om t = 14800 vises s, bare en enkelt convecting roll finnes i hele tanken etter siste grensesnittet forsvinner, og konvektive flyt staten nærmer en stabil Rayleigh-Bénard konveksjon. Som vist i figur 2 og Figur 3 c, er temperaturen variansen i topp og bunn plater tilsvarer de dynamiske endringene av trapperom. Innspilte temperatur og saltholdighet profiler er vist i Figur 4. Merk at temperatur og saltholdighet profilene er kontinuerlig forskjøvet 1,5 ° C, og 3.0 g/kg, henholdsvis for bedre avklare. Tidsintervallet mellom to nabo profiler er 404 s. I denne figuren viser disse profilene tydelig endres dynamics av strukturer trapp. Mønstre av trappene er tilsvarende med lag og grensesnitt registrert i shadowgraph målinger (Figur 3 c).
Figur 1. Skjematisk av eksperimentell (a) hoved deler av eksperimentelle. (b) oppsett av arbeider tanken. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Temperaturendringer nederst (rød kurve) og toppen (svart kurve) plater under eksperimentet. Grå kurven angir miljøet temperaturen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Øyeblikkelig shadowgraph bilde og etterbehandling (a) Shadowgraph bildet på t = 3375 s, (b) intensitet svingninger langs z-retningen, , bilde intensitet i figur 3a, (c) Temporal utviklingen av DC mønster med farge skyggelegging viser . Den hvite stiplede linjen samsvarer med profilen som vises i figur 3b. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Påfølgende DC utviklingen profiler. Topp: Temperatur profiler, bunnen: saltholdighet profiler. Trinn på temperatur med 1,5 ° C og saltholdighet av 3.0 g/kg mellom nærliggende profilene brukes. Tidsintervallet mellom to nabo profiler er 404 s. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I dette papiret er en detaljert eksperimentelle protokoll beskrevet for å simulere termohaline DC trapp strukturer i en rektangulær tank. En innledende lineær tetthet lagdeling arbeider væske er konstruert med metoden to-tank. Den øverste platen holdes på en konstant temperatur og nederste på konstant varme flux. Hele utviklingsprosessen av DC trapp, inkludert generasjon, utvikling, mergence og forsvinning, er visualisert med shadowgraph teknikk og variansen i temperatur og saltholdighet registreres av en høy nøyaktighet sonde. Med disse målingene, kan man ikke bare kvalitativt observere endringene av trapp, men også kvantitativt analysere endringene av temperatur, salinitet og tetthet. Videre kan variansen i lag tykkelse og varme flux være parametriserte for i situ oceanic programmer26,27. Noen representant eksperimentelle resultater vises og diskutert med tallene.
I trinnet 3.2 er Tank A, Tank B og arbeider tanken koblet under etableringen av den første lineær tetthet lagdeling for arbeider akvariet. Ved loven av tilkoblede fartøyene, væske i tanken A flyter automatisk i tanken B og flow rate fra tanken B i arbeid tanken er nøyaktig dobbelt som fra tanken A i tanken B, som kan resultere i en loddrett lineær tetthet gradient i wor Kong væske29. I trinn 5.1, plasseringen av hvert grensesnitt kan identifiseres basert på lokale maksimale intensitet svingninger i profilen ; Dette er fordi det er sterk lysintensiteten svingninger på plasseringen av DC-grensesnitt.
Sammenlignet med forrige DC eksperimenter i litteraturen, kan nåværende oppsett og metoden måle temperatur og saltholdighet profilene og registrere væske-mønster bildene synkront. De timelige og romlig oppløsningene er høy nok til å fange den tynne grensesnittet samt andre fine turbulente strukturer. Den viktigste begrensningen av denne metoden er at varmen utveksling mellom innsiden og utsiden arbeider tanken ikke er registrert, som vil bli ytterligere forbedret hvis den nøyaktige loddrette varme flux må måles.
Det er verdt å påpeke at i dette eksperimentet de første tetthet lagdeling og betingelser kan lett kontrolleres som kreves for ulike formål. Noen komplekse arbeidsforholdene kan også oppnås med litt justering, for eksempel den lineære lagdeling kan konstrueres ved modulerende forholdet strømningshastigheter fra tank A til tank B og fra tanken B å arbeide tanken i to-tank metoder29 . Derfor er det forventet at dagens eksperimentelle oppsett og metoden kan brukes for å simulere noen andre oceanic fenomener, som oceanic vannrett konveksjon, havfiske hydrotermal utbrudd, blandet overflatelaget dypere og effekten av ubåten geotermisk på havet sirkulasjon, og så videre.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av kinesiske NSF tilskudd (41706033, 91752108 og 41476167), Grangdong NSF tilskudd (2017A030313242 og 2016A030311042) og LTO grant (LTOZZ1801).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rectangular tank | Custom made part | ||
| Plexiglas | Custom made part | ||
| Electric heating pad | Custom made part | ||
| Distilled water | Multiple suppliers | ||
| Optical table | Liansheng Inc. | MRT-P/B | |
| Thermiostors | Custom made part | ||
| Digital multimeter | Keithley Inc | Model 2700 | |
| Micro-scale conductivity and temperature instrument (MSCTI) | PME. Inc. | Model 125 | |
| Multifunction data acquisition (MDA) | MCC. Inc. | USB-2048 | |
| Motorized precision translation stage (MPTS) | Thorlabs Inc. | LTS300 | |
| Tracing paper | Multiple suppliers | ||
| LED lamp | Multiple suppliers | ||
| Camcorder | Sony Inc. | XDR-XR550 | |
| De-gassed fresh water | Custom made part | ||
| Saline water | Custom made part | ||
| Flexible tube | Multiple suppliers | ||
| Electric magnetic stirrer | Meiyingpu Inc. | MYP2011-100 | |
| Peristaltic pump | Zhisun Inc. | DDBT-201 | |
| Refrigerated circulator | Polyscience Inc. | Model 9702 | |
| Plastic soft tube | Multiple suppliers | ||
| Direct-current power supply | GE Inc. | GPS-3030 | |
| Matlab | MathWorks Inc. | R2012a |
References
- 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 vertical boundaries. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 11, 9S125 (1981).
- Robb, L. Introduction to Ore-forming Processes. , Blackwell Publishing. 373 (2004).
- Chabrier, G., Baraffe, I. Heat transport in giant (exo)planets: a new perspective. The Astrophysical Journal Letters. 661, 81-84 (2007).
- Langlois, W. E. Buoyancy-driven flows in crystal-growth melts. Annual Review of Fluid Mechanics. 17, 191 (1985).
- Chen, C. -F., Johnson, D. H. Double-diffusive convection: A report on an engineering foundation conference. Journal of Fluid Mechanics. 138, 405-416 (1984).
- Griffiths, R. W. Layered double-diffusive convection in porous media. Journal of Fluid Mechanics. 102, 221-248 (1981).
- You, Y. Z. A global ocean climatological atlas of the Turner angle: implications for double-diffusion and water-mass structure. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 49, 2075-2093 (2002).
- Kelley, D. E., Fernando, H. J. S., Gargett, A. E., Tanny, J., Ozsoy, E. The diffusive regime of double diffusive convection. Progress in Oceanography. 56, 461-481 (2003).
- Timmermans, M. L., Toole, J., Krishfield, R., Winsor, P. Ice-Tethered Profiler observations of the double-diffusive staircase in the Canada Basin thermocline. Journal of Geophysical Research: Oceans. 113, 1-10 (2008).
- Zhou, S. Q., Lu, Y. Z. Characterization of double diffusive convection steps and heat budget in the deep Arctic Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (12), 6672-6686 (2013).
- Turner, J. S. The melting of ice in the arctic ocean: The influence of double-diffusive transport of heat from below. Journal of Physical Oceanography. 40, 249-256 (2010).
- Neal, V. T., Neshyba, S., Denner, W. Thermal stratification in the Arctic Ocean. Science. 166 (3903), 373-374 (1969).
- Padman, L., Dillon, T. M. Vertical heat fluxes through the Beaufort Sea thermohaline staircase. Journal of Geophysical Research: Oceans. 92 (C10), 10799-10806 (1987).
- Sirevaag, A., Fer, I. Vertical heat transfer in the Arctic Ocean: The role of double-diffusive mixing. Journal of Geophysical Research: Oceans. 117 (C7), (2012).
- Guthrie, J. D., Fer, I., Morison, J. Observational validation of the diffusive convection flux laws in the Amundsen Basin, Arctic Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans. 120 (12), 7880-7896 (2015).
- Bebieva, Y., Timmermans, M. L. An examination of double-diffusive processes in a mesoscale eddy in the Arctic Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (1), 457-475 (2016).
- Shibley, N. C., Timmermans, M. L., Carpenter, J. R., Toole, J. M. Spatial variability of the Arctic Ocean's double-diffusive staircase. Journal of Geophysical Research: Oceans. 122 (2), 980-994 (2017).
- Schmid, M., Busbridge, M. Double-diffusive convection in Lake Kivu. Limnology and Oceanography. 55 (1), 225-238 (2010).
- Sommer, T., et al. Interface structure and flux laws in a natural double-diffusive layering. Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (11), 6092-6106 (2013).
- Carpenter, J. R., Sommer, T., Wüest, A. Simulations of a double-diffusive interface in the diffusive convection regime. Journal of Fluid Mechanics. 711, 411-436 (2012).
- Flanagan, J. D., Lefler, A. S., Radko, T. Heat transport through diffusive interfaces. Geophysical Research Letters. 40 (10), 2466-2470 (2013).
- Radko, T., Flanagan, J. D., Stellmach, S., Timmermans, M. L. Double-diffusive recipes. Part II: Layer-merging events. Journal of Physical Oceanography. 44 (5), 1285-1305 (2014).
- Scheifele, B., Pawlowicz, R., Sommer, T., Wüest, A. Double diffusion in saline Powell Lake, British Columbia. Journal of Physical Oceanography. 44 (11), 2893-2908 (2014).
- Guo, S. X., Zhou, S. Q., Qu, L., Lu, Y. Z. Laboratory experiments on diffusive convection layer thickness and its oceanographic implications. Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (10), 7517-7529 (2016).
- Guo, S. X., Cen, X. R., Zhou, S. Q. New parametrization for heat transport through diffusive convection interface. Journal of Geophysical Research: Oceans. 123 (2), 1327-1338 (2018).
- Turner, J. S. The coupled turbulent transports of salt and heat across a sharp density interface. International Journal of Heat and Mass Transfer. 8 (5), 759-767 (1965).
- Hill, D. F. General density gradients in general domains: the "two-tank" method revisited. Experiments in Fluids. 32 (4), 434-440 (2002).
- Zhou, S. Q., Ahlers, G. Spatiotemporal chaos in electroconvection of a homeotropically aligned nematic liquid crystal. Physical Review E. 74 (4), 046212 (2006).
