Name: Diffusive konveksiyon merdiven yapıların evrimi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-05T15:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: Keşfedin difüzif konveksiyon merdiven yapılarının evrimini deneysel tank kurulumu kullanarak. Bu yöntem, okyanus ortamında gözlemlemesi zor olan katman oluşumu ve kaybolma süreçlerini laboratuvar koşullarında simüle ederek fiziksel oşinografi araştırmalarına katkı sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu eser Çin NSF hibe (41706033, 91752108 ve 41476167), Grangdong NSF hibe (2017A030313242 ve 2016A030311042) ve LTO grant (LTOZZ1801) tarafından desteklenmiştir.

1. çalışma Tank
Not: Deneme dikdörtgen bir tankta gerçekleşir. Tankın üst ve alt levha ve yan duvar içerir. Üst ve alt plaka bakır electroplated yüzeyler ile yapılır. Üst plaka içinde su odası vardır. Bir elektrikli ısıtma yastığını alt plaka eklenir. Yan duvar şeffaf Pleksiglas yapılır. Lx tank boyutudur 257 mm (uzunluk), Ly = 65 mm (genişlik) ve Lz = 257 mm (yükseklik) =. Yanak kalınlığı 9,5 mm olduğunu.
<ol><li>Bakır plakalar ve organik cam kenarındaki dikkatle distile su ile temizleyin.</li>
	<li>Tank tank su geçirmez olduğundan emin olmak için vida ile monte.</li>
	<li>Bir paslanmaz çelik destek çerçeve (150 mm yüksekliği) üzerinde optik bir masayı ve tank çalışma tankı ısı kaçağı tablo sınırlarını çerçeve ile bir ısı yalıtım levha arasında yukarıda düzeltin.</li>
	<li>Her plaka üç termistör sıcaklığı (0.01 ° c sıcaklık kararlılığı) takın ve onları için bir dijital multimetre takın. Not Bu termistör sıcaklığı üst ve alt plakaların sıcaklık izlemek için kullanılır.</li>
	<li>Bir mikro ölçekli iletkenlik ve sıcaklık enstrüman (MSCTI) tankın yerleştirin ve çok işlevli veri alma (MDA) bağlayın. Bir motorlu hassas çeviri aşamaya (MPTS) MSCTI saptamak. Not: böylece çalışma sıvı sıcaklık ve tuzluluk profilleri elde MSCTI yukarı ve aşağı dikey olarak hareket tarafından taşınabileceğini unutmayın. Burada, MSCTI sıcaklık kararlılığı %1 0.01 ° C ve tuzluluk istikrar vardır. MPTS 0.005 mm pozisyonel doğruluk vardır.</li>
	<li>Karşılık gelen yazılım programları dijital multimetre ve örnekleme hızı, veri toplama kanalları ve depolama yolları gibi çok işlevli veri toplama parametrelerini ayarlamak. Burada, dijital multimetre ve çok işlevli veri toplama örneklendirme oranı sırasıyla 1.0 ve 128 Hz ayarlayın.</li>
	<li>Hız ve ivme, MSCTI taşıma başlangıç konumu da dahil olmak üzere MPTS, en düşük ve en yüksek pozisyonlar yazılım programında hareket parametrelerini ayarlamak. Burada, hareketli hız ve ivme 1 mm/s ve 0,5 mm/s2ayarlayıp en düşük ve en yüksek pozisyonlar alt plaka üzerinde 20 ve 220 mm olarak ayarlayabilirsiniz. Bu 404 MPTS süre için yol s bir yukarı-aşağı ölçüm için. En düşük konumda MSCTI başlangıç konumunu ayarlayın.</li>
	<li>Oda sıcaklığında yaklaşık 24 ° C yüksek güçlü iki klimalar (3000 W çalışma gücü) ile hemen hemen sabit tutmak.</li>
</ol>2. optik cihazlar
Not: deneme sırasında DC merdiven evrimi ile yerine shadowgraph tekniği ile takip edilebilir yordamları aşağıda
<ol><li>Aydınger kağıdı (25.7 cm x 25.7 cm) bir parça tankın dışına ekleyin.</li>
	<li>Bir dar demet LED lamba ışık kaynağı olarak kullanın. Işık kaynağı yaklaşık 5 m neredeyse collimated bir ışık oluşturulabilir tank, öbür uzağa yerleştirin. DC deney sırasında sıvı yapı katmanlı unutmayın Aydınger kağıdı (Dizin of kırılma değişiklik için karşılık gelen) yoğunluk değişiklik sıvı nedeniyle aydınlatılır.</li>
	<li>Yüksek hızlı bir video kamera izleme kağıt aynı yanına koyun. Böylece tam boyutlu tank ile katmanlı yapılar kaydedilebilir yaklaşık 1 m tank uzak olduğunu.</li>
	<li>Belgili tanımlık camcorder örnekleme hızını ayarlayın. Örnekleme hızı merdiven açılımlar detay yakalamak uygun olması unutmayın. Burada, kamerayı örnekleme oranı 25 Hz.</li>
	<li>Lamba ve video kamera, açın ve biraz iksir ve mesafeler ayarlamak, bu görüntülerini temizlemek emin olmak için video kamera tarafından yakalanabilir.</li>
</ol>3. çalışma sıvı
<ol><li>İki tank tuz ve taze sularda hazırlayın.<ol>
<li>Her biri en alttan esnek boru (10 cm uzunluğunda, 6 mm iç çapında ve dış çapı 10 mm) tarafından iki özdeş dikdörtgen tanklar (tank A ve tank B) katılın.</li>
		<li>Tuzlu su, tuz (Yani, tuzluluk) kitle onun konsantrasyonu ile dolgu tank A 60 g/kg Bu örnekte'dır.</li>
		<li>Tank B eşit birimlere de-gazla tatlı su ile doldurun ve sürekli sıvı homojenize için bir elektrik manyetik karıştırıcı kullanın.</li>
		<li>Her iki tank içinde ilk sıvı sıcaklığı oda sıcaklığına (24 ° C) korumak.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Doğrusal yoğunluk stratifikasyon çalışma tank kurmak.<ol>
<li>Çift-tank yöntemi29 tuzlu su içinde çalışma tank ilk bir doğrusal stratifikasyon kurmak için kullanın.</li>
		<li>Tank A ve B 30 cm çalışma tankı yüksek aynı yükseklikte yerleştirin. Tank B ve çalışma tank başka bir esnek tüp (50 cm uzunluğunda, 2 mm iç çapında ve dış çapı 5 mm) ile onların dipleri katılın. Bu iki tank sıvı basıncı farklılığı nedeniyle sıvı tank B yavaş yavaş çalışma tank içine enjekte edilebilir.</li>
		<li>0,45 mL, peristaltik pompa ile akış hızı kontrol/s. Not su doldurma tüm süre boyunca çalışma tank yaklaşık 3 h. çalışma deponun dibinde tuzluluk29 tarihinde göre hesapla <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq1.jpg">(1) SA, V ve V0 nerede tuzluluk tank A, çalışma tank son sıvı hacim ve tank A (veya B) ilk sıvı hacmi anılan sıraya göre. Tuzluluk SB alt ve üst tatlı su, ilk stratifikasyon N0 yüzdürme sıklığını kullanmaktır <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq2.jpg">(2) g yerçekimi ivme nedir, ρ0 başvuru yoğunluğu, β tuzluluk daralma katsayısıdır. Not N0 Bu örnekte 1.14 rad/s olarak hesaplanır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. deneme gerçekleştirme
<ol><li>Çalışma tankı için sınır koşulları ayarlama.<ol>
<li>Üst plaka su TMMOB buzdolabında sirkülatörün sekiz birörnek dağıtılmış plastik yumuşak tüpler (150 cm uzunluğunda, 10 mm iç çapında ve dış çapı 15 mm) takın. Üst plaka sıcaklığını buzdolabında sirkülatörün sıcaklığına bağlı olduğunu unutmayın. Oda sıcaklığında (24 ° C) ile aynı olması için üst plaka sıcaklık ayarlayın.</li>
		<li>Elektrikli ısıtma yastığını alt plaka içinde bir doğru akım kaynağı bağlayın. Not bir ısıyı sabit akı çalışma sıvı olarak hesaplanan bu deneme sırasında sağlanır <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq3.jpg">(3) U, R ve A verilen gerilim olduğu, elektrik direnci ve elektrikli ısıtma etkili alan, sırasıyla yastık. Bu örnekte, direnç ve etkili alan are 44.12 ohm ve 1.89 × 10-2 m2. 60 V, böylece Fh toplam ısı akı 4317 W/m2sağlanan gerilim ayarlandığı gibi.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Akış deseni kaydetmek için kamerayı açın.</li>
	<li>Dijital multimetre üzerinde üst ve alt plaka ve sıcaklık sıcaklık ve tuzluluk sıvı MSCTI kullanarak izlemek için çok işlevli veri toplama açın.</li>
	<li>Yukarı ve aşağı çalışma sıvı sıcaklık ve tuzluluk profilleri elde etmek için MSCTI taşımak için MPTS üzerinde açın.</li>
	<li>Buzdolabında sirkülatörün ve çalışma sıvı üst ve alt sınır koşulları elde etmek için doğru akım kaynağı açın. Not: tüm deneme üretimi, geliştirilmesi, mergence ve DC merdiven ortadan kaybolması yaşayacaksınız ve bu son olacak Not yaklaşık 5 saat. Tüm DC merdivenler kayboluşundansonra doğru akım kaynağı, buzdolabında sirkülatör, MPTS, dijital multimetre, çok işlevli veri toplama ve video kamera sırayla kapatın.</li>
</ol>5. veri işleme
<ol><li>Shadowgraph resim<ol>
<li>Matlab programı tarafından daha fazla çözümleme için art arda gelen görüntüleri kameraya kaydedilen video dönüştürmek için kullanın. Tankın içinde akış deseni vurgulamak için bu fotoğraf terzi. Dijital görüntü yoğunluğu olarak yeri (x, z), küme (x, z) kökenli resmin sol alt köşesinde yatay ve dikey koordinatlarını gösterir. Not ben (x, z) değişir (0, 1) 256 gri düzeyini içeren. Her görüntünün arka plan resmi tarafından30 normalize <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq4.jpg">(4) nerede <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq5.jpg"> 10 resim soğutma ve Isıtma uygulanmakta, daha önce alınan ortalama görüntü yoğunluğu bitti <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq6.jpg"> i yoğunluğunu gösterirth görüntü. Bu şekilde,-ebilmek var olmak çıkarmak sabit hataları görüntüler. DC desen zamansal evrimini incelemek için her görüntü tek dikey yoğunluğu dalgalanma profilini bir dönüştürülebilir <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> , birlikte görüntü yoğunluğu dalgalanma (yani, kök-ortalama-yoğunluğunu kare) hesaplayarak yatay yöndeki <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> . Yoğunluk dalgalanma profilleri Arsa <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> ile birlikte artan yaşam süresi DC merdivenler açılımlar göstermek için art arda gelen görüntüleri.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sıcaklık ve tuzluluk profilleri<ol>
<li>Dikey profilleri, sıcaklık ve tuzluluk çalışma sıvı yukarı-aşağı hareket eden MSCTI tarafından ölçülür bu deney, dikkat edin. Zamansal yüksekliği, h(t), MSCTI hareket hız w, zaman t, (en düşük fiyat konumuna karşılık gelen) başlangıç zaman t0 , en düşük fiyat pozisyon hL ortalamaya sahip, hesaplamak ve en yüksek olarak hH, pozisyon <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq8.jpg">(5) nerede <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq9.jpg"> MSCTI hareket döneminin en düşük (en yüksek) en yüksek (en düşük) konumundan n ve δ sırasıyla ayrılmaz ve kesirli bölümü vardır. Zamansal yükseklik h(t) olarak hesaplamak <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq10.jpg">(6) Denklem (6) n bile değilse, Not, MSCTI yukarı hareket ediyor; Aksi takdirde MSCTI aşağı hareket ediyor. Zaman serisi sıcaklık T(t) ve tuzluluk S(t) dikey sıcaklık ve tuzluluk profiller elde ettiğiniz için yükseklik h(t) açısından arsa.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTurner%2C+JS+%22Buoyancy+Effects+in+Fluids%22">Buoyancy Effects in Fluids</a>. , Cambridge Univ. Press, N. Y. 367(1973).</li>
<li>Schmitt, R. W. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.26.010194.001351">Double diffusion in oceanography.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 26, 255-285 (1994).</li>
<li>Turner, J. S., Gustafson, L. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0377027381900184">Fluid motions and compositional gradients produced by crystallization or melting at vertical boundaries.</a> Journal of Volcanology and Geothermal Research. 11, 9S125(1981).</li>
<li>Robb, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRobb%2C+L+%22Introduction+to+Ore-forming+Processes%22">Introduction to Ore-forming Processes</a>. , Blackwell Publishing. 373(2004).</li>
<li>Chabrier, G., Baraffe, I. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1086/518473/meta">Heat transport in giant (exo)planets: a new perspective.</a> The Astrophysical Journal Letters. 661, 81-84 (2007).</li>
<li>Langlois, W. E. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.fl.17.010185.001203">Buoyancy-driven flows in crystal-growth melts.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 17, 191(1985).</li>
<li>Chen, C. -F., Johnson, D. H. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/doublediffusive-convection-a-report-on-an-engineering-foundation-conference/90E5354AEB593E052485C6D0B4990CB5">Double-diffusive convection: A report on an engineering foundation conference.</a> Journal of Fluid Mechanics. 138, 405-416 (1984).</li>
<li>Griffiths, R. W. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/layered-double-diffusive-convection-in-porous-media/4D66778DB2E10FA89A691DC5A5E7125B">Layered double-diffusive convection in porous media.</a> Journal of Fluid Mechanics. 102, 221-248 (1981).</li>
<li>You, Y. Z. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967063702000997">A global ocean climatological atlas of the Turner angle: implications for double-diffusion and water-mass structure.</a> Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 49, 2075-2093 (2002).</li>
<li>Kelley, D. E., Fernando, H. J. S., Gargett, A. E., Tanny, J., Ozsoy, E. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079661103000260">The diffusive regime of double diffusive convection.</a> Progress in Oceanography. 56, 461-481 (2003).</li>
<li>Timmermans, M. L., Toole, J., Krishfield, R., Winsor, P. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2008JC004829">Ice-Tethered Profiler observations of the double-diffusive staircase in the Canada Basin thermocline.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 113, 1-10 (2008).</li>
<li>Zhou, S. Q., Lu, Y. Z. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2013JC009141">Characterization of double diffusive convection steps and heat budget in the deep Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (12), 6672-6686 (2013).</li>
<li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/2009JPO4279.1">The melting of ice in the arctic ocean: The influence of double-diffusive transport of heat from below.</a> Journal of Physical Oceanography. 40, 249-256 (2010).</li>
<li>Neal, V. T., Neshyba, S., Denner, W. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17796548">Thermal stratification in the Arctic Ocean.</a> Science. 166 (3903), 373-374 (1969).</li>
<li>Padman, L., Dillon, T. M. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JC092iC10p10799">Vertical heat fluxes through the Beaufort Sea thermohaline staircase.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 92 (C10), 10799-10806 (1987).</li>
<li>Sirevaag, A., Fer, I. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2012JC007910">Vertical heat transfer in the Arctic Ocean: The role of double-diffusive mixing.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 117 (C7), (2012).</li>
<li>Guthrie, J. D., Fer, I., Morison, J. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2015JC010884">Observational validation of the diffusive convection flux laws in the Amundsen Basin, Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 120 (12), 7880-7896 (2015).</li>
<li>Bebieva, Y., Timmermans, M. L. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2015JC011105">An examination of double-diffusive processes in a mesoscale eddy in the Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (1), 457-475 (2016).</li>
<li>Shibley, N. C., Timmermans, M. L., Carpenter, J. R., Toole, J. M. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016JC012419">Spatial variability of the Arctic Ocean's double-diffusive staircase.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 122 (2), 980-994 (2017).</li>
<li>Schmid, M., Busbridge, M. <a target="_blank" href="https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.2010.55.1.0225">Double-diffusive convection in Lake Kivu.</a> Limnology and Oceanography. 55 (1), 225-238 (2010).</li>
<li>Sommer, T., et al. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2013JC009166">Interface structure and flux laws in a natural double-diffusive layering.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (11), 6092-6106 (2013).</li>
<li>Carpenter, J. R., Sommer, T., Wüest, A. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/simulations-of-a-double-diffusive-interface-in-the-diffusive-convection-regime/63D2ECE2AA41439E01A01F9A0D76F2E2">Simulations of a double-diffusive interface in the diffusive convection regime.</a> Journal of Fluid Mechanics. 711, 411-436 (2012).</li>
<li>Flanagan, J. D., Lefler, A. S., Radko, T. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/grl.50440">Heat transport through diffusive interfaces.</a> Geophysical Research Letters. 40 (10), 2466-2470 (2013).</li>
<li>Radko, T., Flanagan, J. D., Stellmach, S., Timmermans, M. L. <a target="_blank" href="https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JPO-D-13-0156.1">Double-diffusive recipes. Part II: Layer-merging events.</a> Journal of Physical Oceanography. 44 (5), 1285-1305 (2014).</li>
<li>Scheifele, B., Pawlowicz, R., Sommer, T., Wüest, A. <a target="_blank" href="https://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JPO-D-14-0070.1"> Double diffusion in saline Powell Lake, British Columbia.</a> Journal of Physical Oceanography. 44 (11), 2893-2908 (2014).</li>
<li>Guo, S. X., Zhou, S. Q., Qu, L., Lu, Y. Z. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016JC012172">Laboratory experiments on diffusive convection layer thickness and its oceanographic implications.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (10), 7517-7529 (2016).</li>
<li>Guo, S. X., Cen, X. R., Zhou, S. Q. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2017JC013545">New parametrization for heat transport through diffusive convection interface.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 123 (2), 1327-1338 (2018).</li>
<li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931065900220">The coupled turbulent transports of salt and heat across a sharp density interface.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 8 (5), 759-767 (1965).</li>
<li>Hill, D. F. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-001-0376-5">General density gradients in general domains: the &#34;two-tank&#34; method revisited.</a> Experiments in Fluids. 32 (4), 434-440 (2002).</li>
<li>Zhou, S. Q., Ahlers, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+chaos+in+electroconvection+of+a+homeotropically+aligned+nematic+liquid+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal chaos in electroconvection of a homeotropically aligned nematic liquid crystal.</a> Physical Review E. 74 (4), 046212(2006).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu yazıda detaylı bir deneysel protokol thermohaline DC merdiven yapıları dikdörtgen bir tank benzetimini yapmak için tanımlanır. Bir ilk doğrusal yoğunluk stratifikasyon çalışma sıvı iki tank yöntemi kullanılarak inşa edilmiştir. Üst plaka sabit bir sıcaklık ve ısıyı sabit akı en altında bir tutulur. Bütün evrim süreci, üretimi, geliştirme, mergence ve ortadan kalkması, dahil DC merdiven shadowgraph tekniği ile görüntülenir ve farklarını sıcaklık ve tuzluluk yüksek doğruluk sondası tarafından kaydedilir. Bu ölçümler ile...

Çift Kişilik diffusive konveksiyon (DDC) en önemli dikey karıştırma işlemleri biridir. Tabakalı su sütunu dikey yoğunluk dağılımı iki veya daha fazla skaler bileşenleri degradeler bileşenleri belirgin farklı moleküler diffusivities1olduğu ters yön tarafından kontrol edilir oluşur. Yaygın Oşinografi2, atmosfer3, Jeoloji4, astrofizik5, malzeme bilimi6, Metalurji7ve mimari mühendislik8içinde oluşur. DDC neredeyse yarısı küresel okyanus var ve okyanus çok ölçek süreçleri ve hatta iklim değişiklikleri9üzerinde önemli etkileri vardır.
DDC için iki birincil modu bulunur: tuz parmak (SF) ve diffusive konveksiyon (DC). SF oluşur sıcak, tuzlu su kütlesi overlies soğutucu, taze su tabakalı ortamda. Sıcak ve tuzlu su soğuk ve taze su altında yalan söylediğinde, DC oluşturacak. DC dikkate değer özellik dikey profilleri sıcaklık, tuzluluk ve yoğunluk alternant katmanları ve ince, güçlü tabakalı arayüzleri convecting homojen oluşan merdiven benzeri olmasıdır. DC esas olarak yüksek enlem okyanuslar ve Arktik ve Antarktika okyanuslar, gibi bazı iç tuz gölleri Ohotsk Denizi, Kızıldeniz ve Afrika Kivu Lake10oluşur. Kuzey Buz Denizi havza çapında ve kalıcı DC merdivenler üst ve derin okyanuslar11,12mevcut. Bu diapycnal üst okyanusta karıştırma üzerinde önemli bir etkisi vardır ve buz-hangi son zamanlarda Oşinografi topluluk13daha fazla ve daha fazla ilgi uyandırıyor erime, önemli ölçüde etkileyebilir.
DC merdiven yapısı ilk Kuzey Buz Denizi, 1969-14yılında keşfedilmiştir. O, Padman & Dillon15sonra Timmermans ve ark. 11, Sirevaag & Fer16, Çu & Lu12, Guthrie ve ark. 17, Bebieva & Timmermans18ve Shibley ve ark. 19 DC merdivenler Kuzey Buz Denizi, dikey dahil olmak üzere farklı havzaları içinde ölçülen ve convecting katman ve arayüzü, derinlik ve merdiven, toplam kalınlığı yatay ölçekler dikey ısı transferi, DC süreçlerinde mesoscale eddy ve merdiven yapıların zamansal ve mekansal değişiklikleri. Schmid ve ark. 20 ve Sommer vd. 21 DC merdivenler Kivu gölde bir mikroyapı Profiler'ı kullanarak görülmektedir. Onlar ana yapısı özellikleri ve ısı Cerayanlar DC bildirdi ve ölçülen ısı Cerayanlar varolan parametrik formülü ile karşılaştırıldığında. Hız artırma işleme bilgisayarla sayısal simülasyonlar DC son zamanlarda yapılmış, örneğin, arabirimin incelemek için yapısı ve istikrarsızlık, ısı transferi arayüzü üzerinden, birleştirme olay katman vb.22, 23 , 24.
Alan gözlem büyük okyanus DC anlamak için oşinograflar geliştirdi ama ölçüm güçlü belirsiz oceanic akış ortamları ve araçları sınırlıdır. Örneğin, DC arayüzü son derece küçük bir dikey ölçek bazı göller ve okyanusların250.1 m daha ince olan ve özel yüksek çözünürlüklü enstrümanlar ihtiyaç vardır. Laboratuvar deneyi DC temel dinamik ve Termodinamik kanunları keşfetmek benzersiz avantajları gösterir. Laboratuvar deneyi ile bir DC merdiven evrimi gözlemlemek sıcaklık ve tuzluluk ölçmek ve bazı parameterizations oceanic uygulamaları26,27öneriyorum. Ayrıca, bir laboratuvar deneyi, koşul ve kontrollü parametreleri kolayca ayarlanır gerektiği gibi. Örneğin, Turner ilk 1965 yılında DC merdiven laboratuvarda simüle ve sık sık güncelleştirilen ve yoğun kullanılan in situ okyanus gözlemleri28 diffusive arabirimi üzerinden bir ısı transferi parameterization önerdi .
Bu yazıda, detaylı bir deneysel protokol üretimi, geliştirilmesi ve ortadan kalkması, aşağıdan ısıtmalı tabakalı tuzlu suda dahil DC merdiven evrim sürecinin benzetimini yapmak için tanımlanır. Sıcaklık ve tuzluluk shadowgraph tekniği ile izlenen DC merdivenler yanı sıra mikro ölçekli araç tarafından ölçülür. Deneysel Kur, evrim süreci, veri analizi ve sonuçları tartışılması ayrıntılı olarak açıklanmıştır. İlk ve sınır koşulları değiştirerek, mevcut deneysel kurulum ve yöntemi oceanic yatay konveksiyon, derin deniz hidrotermal patlamalar, yüzey karışık katman derinleşmesi, etkisi gibi diğer okyanus olayları taklit etmek için kullanılabilir okyanus dolaşım ve benzeri jeotermal Submarine.

<table><tbody><tr><td>Dikdörtgen tank</td><td></td><td></td><td>Özel yapım parça</td></tr><tr><td>Pleksiglas</td><td></td><td></td><td>Özel yapım parça</td></tr><tr><td>Elektrikli ısıtma yastığı</td><td></td><td></td><td>Özel yapım parça</td></tr><tr><td>Damıtılmış su</td><td></td><td></td><td>Birden fazla tedarikçi</td></tr><tr><td>Optik masa</td><td>Liansheng Inc.</td><td>MRT-P/B</td><td></td></tr><tr><td>Termiyostörler</td><td></td><td></td><td>Özel yapım parça</td></tr><tr><td>Dijital multimetre</td><td>Keithley Inc</td><td>Model 2700</td><td></td></tr><tr><td>Mikro ölçekli iletkenlik ve sıcaklık aleti (MSCTI)</td><td>PME. Inc.</td><td>Model 125</td><td></td></tr><tr><td>Çok İşlevli Veri Toplama (MDA)</td><td>MCC. Inc.</td><td>USB-2048</td><td></td></tr><tr><td>Motorlu hassas çeviri aşaması (MPTS)</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>Aydınger kağıdı</td><td></td><td></td><td>Birden çok tedarikçi,</td></tr><tr><td>LED lamba</td><td></td><td></td>, <td>Birden çok tedarikçi,</td></tr><tr><td>Video Kamera,</td><td>Sony Inc.</td><td>XDR-XR550</td><td></td></tr><tr><td>Gazdan arındırılmış tatlı su</td><td></td><td></td><td>Özel yapım kısım</td></tr><tr><td>Tuzlu su</td><td></td><td></td><td>Özel yapım kısım</td></tr><tr><td>Esnek tüp</td><td></td><td></td><td>Çoklu tedarikçiler</td></tr><tr><td>Elektrikli manyetik karıştırıcı ve nbsp;</td><td>Meiyingpu A.Ş.</td><td>MYP2011-100</td><td></td></tr><tr><td>Peristaltik pompa</td><td>Zhisun Inc.</td><td>DDBT-201</td><td></td></tr><tr><td>Soğutmalı sirkülatör</td><td>Polyscience Inc.</td><td>Model 9702</td><td></td></tr><tr><td>Plastik yumuşak tüp</td><td></td><td></td><td>Birden fazla tedarikçi</td></tr><tr><td>Doğru akım güç kaynağı</td><td>GE Inc.</td><td>GPS-3030</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Matematik İşleri A.Ş.</td><td>R2012a</td><td></td></tr></tbody></table>

diffusive konveksiyon merdiven yapıların evrimi

Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

Dikey tabakalı diffusive konveksiyon (DC) yoğunluğu belirgin farklı moleküler diffusivities var skaler degradeler karşıt iki tarafından kontrol edilir ve daha büyük - ve daha küçük-Yayınım skaler degradeler negatif ve pozitif var oluşur katkıları yoğunluğu dağıtım için sırasıyla. DC birçok doğal süreçler ve mühendislik uygulamaları, örneğin, Oşinografi, astrofizik ve Metalurji oluşur. Okyanuslarda, DC en dikkat çekici özelliklerinden biri dikey sıcaklık ve tuzluluk profilleri merdiven benzeri yapıda, ardışık adımlarla kalın homojen convecting katmanları ve nispeten ince ve yüksek-gradient arabirimleri oluşur olmasıdır. DC merdivenler birçok okyanuslarda, özellikle Arktik ve Antarktika okyanuslar, gözlemledim ve okyanus dolaşım ve iklim değişikliği üzerinde önemli bir rol oynamaktadır. Kuzey Buz Denizi havza çapında ve kalıcı DC merdivenler üst ve derin okyanuslarda mevcut. DC işlem üst okyanusta karıştırma diapycnal üzerinde önemli bir etkisi vardır ve yüzey buz erime önemli ölçüde etkileyebilir. Çünkü kesinlikle sınır koşulları ve kontrollü parametreleri ayarlanabilir alan gözlemler sınırlamalar için karşılaştırıldığında, laboratuvar deneyi DC, dinamik ve termodinamik süreçlerinde etkili bir şekilde incelemek için benzersiz avantajı gösterir. Burada, detaylı bir protokol DC merdiven yapısı dahil olmak üzere, üretimi, geliştirme ve ortadan kalkması, tabakalı tuzlu su ile dolu bir dikdörtgen su tankında, evrim sürecinin benzetimini yapmak için tanımlanır. Deneysel Kur, evrim süreci, veri analizi ve sonuçları tartışılması ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Şekil 1 deneysel kurulumunun şematik gösterir. Bileşenleri iletişim kuralında açıklanmıştır. Ana bölümden Şekil 1a ile gösterilir ve detaylı çalışma tankı 1b rakamgösterilir. Resim 2 (Tb, kırmızı eğri) alt ve üst (Tt, siyah eğri) plakalar sıcaklık değişiklikleri gösterir. Bu iki plakalarının sıcaklığı olduğunu hemen hemen aynı oda sıcaklığında (24 ° C) olarak başlangıçta gösterilir...

Diffusive konveksiyon (DC) yaygın olarak doğal süreçleri ve mühendislik uygulamaları, merdivenler homojen convecting katmanları ve tabakalı arabirimleri ile bir dizi ile karakterize oluşur. Deneysel bir işlem üretimi, geliştirme ve ortadan kalkması, dikdörtgen bir tank gibi DC merdiven yapısı evrim sürecinin benzetimini yapmak için tanımlanır.

Diffusive konveksiyon merdiven yapıların evrimi

Diffusive convection (DC) occurs when the vertical stratified density is controlled by two opposing scalar gradients that have distinctly different ...

Bu yöntem, difüzif konveksiyonlu merdiven yapılarının dinamik süreçlerindeki üretim, gelişme ve kaybolma gibi temel sorunları keşfetmek için kullanılabilir. Mevcut deney düzeneğiyle, doğrudan okyanusta gözlemlemek imkansız olmasa da çok zor olan difüzif konveksiyonun evrimini açıkça görebiliriz. Çalışma tankının bileşenlerini toplayın.Bunlara bakır üst ve alt plakalar ve akrilik yan duvar tertibatı dahildir. Üst plaka elektrolizle kaplanmıştır ve tüplerle erişilebilen bir su haznesini çevreler. Ayrıca termistörler için yerleri vardır.Alt plaka ayrıca elektrolizle kaplanmıştır ve termistörler için yuvalara sahiptir. Bir ısıtma yastığı içerir. Bakır plakaları ve akrilik yan duvarları dikkatlice temizlemek için damıtılmış su kullanın.Bittiğinde, su geçirmez olduğundan emin olmak için tankı vidaları kullanarak monte edin. Tamamlanan bu tank 257 milimetre uzunluğunda ve yüksekliğinde ve 65 milimetre genişliğindedir. Optik bir masada, paslanmaz çelik bir destek çerçevesi kurun.Çerçevenin üstüne bir yalıtım levhası yerleştirin. Her şey yerindeyken, monte edilmiş tankı levhanın üzerine yerleştirin. Termistörleri üst ve alt plakalara yerleştirin ve bunları veri toplama sistemine bağlayın.Bir termistör, içine yerleştirildiği plakanın sıcaklığını izler. Ardından, bir probu monte etmek için hassas bir dikey çeviri aşamasını yerine getirin. Üst plakadan, tanka mikro ölçekli bir iletkenlik ve sıcaklık aleti sensörü yerleştirin.Enstrümanı hassas çeviri aşamasına sabitleyin. Şimdi, sensör veri toplama ve termistör okumaları için yazılım kurun. İletkenlik ve sıcaklık sensörünün konumunu ayarlamak için tanka geri dönün.Sensörün başlangıç konumunu en düşük noktasına, burada, tankın tabanının 20 milimetre yukarısına ayarlayın. Ardından, deney için çeviri aşaması için hareketin parametrelerini ayarlayın. Deneyi izlemek için gölge grafiği tekniğini kullanın.Bunun için, tankın bir tarafının dışına bir parça aydınger kağıdı yapıştırın. Tankın karşı tarafına, yaklaşık beş metre uzağa bir ışık kaynağı yerleştirin. Neredeyse birleştirilmiş bir ışın üretmek için, ışık kaynağı olarak dar bir ışın LED'i kullanın.Işın yolundaki aydınger kağıdının yaklaşık bir metre önüne yüksek hızlı bir video kamera yerleştirin. Lamba ve video kamera açıkken, net bir görüntü için konumlarını ayarlayın. Çalışma sıvısı için iki özdeş dikdörtgen tank elde edin.Tanklar, çalışma tankı ile aynı boyuttadır. 10 santimetre uzunluğunda, kenetlenmiş esnek bir tüp ile tabanlarında birleştirin. İki tankı aynı yüksekliğe yerleştirin.Bir tankın içinde elektrikli karıştırıcı olacak şekilde düzenleyin. Ardından, 50 santimetrelik esnek bir tüpü peristaltik bir pompaya sıkıştırın. Tankı karıştırıcı ile çalışma tankına birleştirmek için boruyu kullanın.Karıştırıcı olmayan tankı kilogram konsantrasyonu başına 60 gramlık tuzlu su çözeltisi ile doldurun. Diğer tankı eşit hacimde gazı alınmış tatlı su ile doldurun. Tanklar dolduktan sonra bağlantı borusunun kelepçesini açın.Karışım suyunu elektrikli karıştırıcı ile sürekli olarak homojenize edin. Peristaltik pompa ile çalışma tankındaki akış hızını kontrol edin. Çalışma tankının dolması ve deneye hazır hale gelmesi yaklaşık üç saat sürer.Bir deney için, üst plaka sınır koşullarını ayarlamak için soğutmalı bir sirkülatör kullanın. Üst plakada, sekiz yumuşak plastik tüp kullanarak su haznesini soğutmalı sirkülatöre bağlayın. Sirkülatörde, üst plakanın sıcaklığını oda sıcaklığına ayarlayın.Şimdi, alt plakanın ısıtma yastığını bir DC güç kaynağına bağlayın ve güç seviyesini ayarlayın. Akış düzenini kaydetmek için video kamerayı açın. Sıcaklık ve tuzluluk verilerini izlemeye başlayın.Ardından, sensörün dikey hareketini başlatın. Son olarak, çalışma sıvısı sınır koşullarını elde etmek için soğutmalı sirkülatörü ve DC güç kaynağını açın. Bu, üst plaka oda sıcaklığındayken ve alt plaka ısıtılırken çekilen bir gölge grafiği görüntüsü örneğidir.Görüntüde sıvı yoğunluğunun homojen olduğu üç konveksiyon katmanı vardır. Büyük yoğunluk gradyanlarının bulunduğu üç arayüz katmanı da vardır. Bu yoğunluk dalgalanma profili, arayüzlere karşılık gelen üç tepe noktasına sahiptir.İşte difüzif konveksiyon merdiveni ile ilişkili katman oluşumunu, gelişimini ve kaybolmasını ortaya çıkaran zaman içindeki yoğunluk dalgalanma profilinin evrimi. Sıcaklık profili ve tuzluluk profili, sistemin zaman içindeki evriminin diğer görünümlerini sağlar. Bu profillerde, her sürekli satır 404 saniye boyunca toplanan verileri temsil eder.Sıcaklık profilindeki veri kümelerinin her biri bir öncekinden 1,5 santigrat derece ile dengelenir. Tuzluluk profili için, her veri seti bir önceki setten kilogram başına üç gram ile dengelenir. Bu yöntem aynı zamanda okyanuslardaki küresel okyanus dolaşımı, karışık tabaka derinleşmesi ve hidrotermal tüy patlaması gibi diğer fenomenleri simüle etmek için de uygulanabilir.Bu prosedürü denemek isterseniz, sensörün alt plakaya çarpmasını önlemek için lütfen başlangıçta iletkenlik ve sıcaklık sensörlerini çeviri aşamasının en düşük konumuna ayarlamayı unutmayın. Sunulan sonuçlarla, katman kalınlığının, ısı akışının yeni parametrelendirmesini daha da geliştirebilir ve difüzif konveksiyonda yayılma ekleyebiliriz, bu da fiziksel oşinografi topluluğunun okyanus uygulamasındaki fenomenleri incelemesinin yolunu açacaktır.

evolution-of-staircase-structures-in-diffusive-convection

Research

JoVE Journal

Environment

Çevre

Stenozlu arter eğriliklerindeki stent implantlar, stentlerin tam transvers kırığı ve kırık parçaların doğrusal yer değiştirmesini içeren "Tip IV" başarısızlıklara eğilimlidir. Kavisli bir arter modelinde, klinik olarak anlamlı "Tip IV" stent arızalarının aşağısında ikincil akım (vortikal) yapıların tespiti için bir protokol sunuyoruz.

180 ° Kavisli Arter Testi Bölüm Model Tip IV Stent Başarısızlık Mansap İkincil Akış Yapıların Deneysel İncelenmesi

Burada, suyun bir sıcaklık aralığı çok altında, suyun donma noktasında, ikinci bir soğutucu olarak, tuzlu su, soğuk banyo kişiye zaman buz oluşumunu göstermek için bir protokol mevcut. Bu endüstri için buz üretme alternatif bir yol olarak kullanılabilir.

Buz Üretimi ve tuzlu su bir soğuk Bath Tanıtımı Su Isı ve Kütle Transferi

Laminar akışı basınç tahrik pasif izleyiciler Difüzyon incelenmesi için bir protokol sunulmuştur. Çeşitli Kılcal Boru geometrileri için uygun bir yöntemdir.

Laminer kesme akışı pasif izleyiciler Difüzyon

Basit bir protokol hemiwicking yapılarının farklı boyut, şekil ve malzemeleri imalat için sağlanır. Protokol fiziksel damgalama, kalıplama PDMS ve ince film yüzey modifikasyonlar ile ortak malzeme ifade teknikleri bir arada kullanır.

Ölçeklenebilir pul baskı ve Hemiwicking yüzeyler imalatı

Bu protokolün amacı, kimyasal bahçe enjeksiyon deneyleri yoluyla simüle edilmiş hidrotermal bacalar oluşturmak ve eğitim amaçlı çoğaltılabilen 3D yazdırılabilir bir kondenser kullanarak inorganik çökeltme zarı boyunca bir termal gradyan tanıtmaktır.

Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu

Bu makale, hiperbolik bir Schauberger hunisinde üç farklı su girdabı rejiminin nasıl oluşturulabileceğini, bunların en önemli özelliklerini ve oksijen transfer hızları gibi ilişkili parametrelerin nasıl hesaplanabileceğini açıklamaktadır.

Serbest Yüzeyli Hiperbolik Su Girdaplarının Hazırlanması

Santrallerden kaynaklanan baca gazı alg büyüme için ucuz bir CO 2 kaynağıdır. Biz sistemleri "ekimi alg için baca gazı" prototip inşa ve alg ekimi işlemini büyütmek için nasıl tarif var. Biz, Chlorella sp büyümesi için baca gazının optimum operasyon ve tasarım simülasyonu için kütle transferi bio-tepki modelinin kullanımı göstermiştir. alg fotoğraf biyoreaktörlerde.

Bilgisayar simülasyonları ile fotobiyoreaktörler içinde Mikroalgler Büyüme teşvik için Baca Gazı ayarlarını optimize

Bumble arı kovanlarını içinde mikrobiyal konsorsiyumlar zenginleştirmek ve polen arı larvaları için korumak. Laboratuvar ve deneyler, alan bazlı ile birlikte sonraki nesil sıralama kullanarak bu el yazması mantar ilacı artıkları polen microbiome ve koloni demografi, sonuçta koloni için önde gelen alter varsayımını sınamak için kullanılan iletişim kurallarını açıklar kaybı.

Ampirik, Metagenomic ve bilgisayar teknikleri mekanizma hangi mantar ilaçları uzlaşma arı sağlık ile aydınlatmak

İnsan tüketimine yönelik tatlı su rezervuarlarında siyanobakteriyel toksinlerin varlığı, su yönetimi yetkilileri için büyük bir endişe kaynağıdır. Su kontaminasyonu riskini değerlendirmek için bu makale, bir antikor mikrodizi çipi kullanılarak sıvı ve katı numunelerdeki siyanobakteri suşlarının sahada tespiti için bir protokol açıklamaktadır.

Saptamak için deneysel protokol Siyanobakteri Bir Antikor Mikroarray Chip ile Sıvı ve Katı Örneklerinde

Bu çalışma, kirleticilerin ekotoksisitesini değerlendirmek için nanomalzemeler gibi gelişmekte olan bulaşıcılar da dahil olmak üzere deniz bakterisini Vibrio anguillarum kullanarak yeni bir protokolü açıklamaktadır . Bu yöntem, LC 50'nin veya 6 saatlik maruz kaldıktan sonra bakteri kültürlenebilirliğinde% 50 azalmaya neden olan ölüm konsantrasyonunun belirlenmesine izin verir.

Deniz Bakterileri ile Ekotoksikolojik Yöntem<emVibrio anguillarum</em&gt; Çevresel Kirleticilerin Akut Zehirliliğini Değerlendirmek

Keşfedin difüzif konveksiyon merdiven yapılarının evrimini deneysel tank kurulumu kullanarak. Bu yöntem, okyanus ortamında gözlemlemesi zor olan katman oluşumu ve kaybolma süreçlerini laboratuvar koşullarında simüle ederek fiziksel oşinografi araştırmalarına katkı sağlar.

Diffusive konveksiyon merdiven yapıların evrimi

Daha fazla video keşfet