线性层结盐水中的羽流运动特性

发布时间：2020-01-31 01:53

【摘要】：采用线性层结盐水发生装置以及喷嘴向下以重盐水注入盐水层结的方法,模拟线性层结盐水中羽流的发展过程;应用时间分辨粒子图像测速技术(PIV),研究线性层结盐水中羽流内部流场结构。羽流的发展过程可以定性地归纳为3个阶段:入射阶段、中性浮力层出现阶段和中性浮力层稳定阶段。实验结果显示:羽流流速从中心区域向边缘逐步递减;羽流在下沉到最大深度后回升到中性浮力层,并向四周扩散;在羽流内部及边界存在大量复杂的涡旋结构,说明在羽流发展的过程中,始终伴随着羽流与周围环境水体之间的掺混作用。重新拟合确定了羽流最大穿透距离公式中的量纲一常数C,取值为4.03。
【图文】：

第4期张巍，等:线性层结盐水中的羽流运动特性6031实验装置1.1层结盐水生成装置本实验基于“双缸法”，设计了能精密控制流量和盐度分布的线性层结盐水生成装置。如图1所示，该装置由位于同一高度且形状相同容积相等(100L)的两个水箱A、B构成“双缸”系统，其间用管路和阀门等相连，各个部分流量均采用精密流量计进行准确控制。其中水箱A装入盐水，以一定流量QA流入装有清水的水箱B，经水箱B中的搅拌混合后再以一定流量QB流入实验水箱C(0.5m×0.5m×0.5m)中。设初始时刻水箱A、B的初始体积相同为常数V;密度分别为ρA、ρB(t)，易知ρA为常数，ρB(t)为随时间t变化的函数;考虑在时刻t时，水箱B在Δt时间内的质量变化情况，列出差分方程为ρB(t+Δt)［V－(QB－QA)(t+Δt)］－ρB(t)［V－(QB－QA)t］=Δt［QAρA－QBρB(t)］(1)其中，ρB(t+Δt)表示在t+Δt时刻水箱B中的混合盐水密度。解方程式(1)并整理，可得ρB(t)=ρA－C0VQA－tQBQA－[()]1QAQB－QA(2)其中C0为常数，表达式为C0=［ρA－ρB(0)］VQ()AQAQA－QB(3)ρB(0)为水箱B在初始时刻的密度。由式(2)可知，当指数QA/(QB－QA)=1，即2QA=QB时，可得ρB(t)=ρA－［ρA－ρB(0)］1－QB2V()t(4)式(4)表明水箱B的出流盐水密度是时间的线性函数。可知，水槽C最终可以生成线性密度层结盐水，与“双缸法”文献［13］结果一致。同样，，由式(2)可知，通过调节出流流量QA、QB，还可以得到不同的非线性密度层结;若再分阶段改变ρA，则可得到跃层剖面。图1层结盐水发生装置Fig.1Experimentals

604水科学进展第27卷环境中，羽流的最大高度可表示为［17-18］Zmax=CB0N()314(5)其中，B0为源浮力通量;N为浮力频率，在本实验中两者表达式为:B0=gρ0－ρaρaQ(6)N2=－gρb

本文编号：2574894