深海湍流混合长期连续观测技术与应用研究

发布时间：2020-08-24 12:13

【摘要】：海洋湍流混合过程是海洋大、中尺度运动能量向小尺度级串并最终耗散的主要途径，不仅对动量、质量和物质传输具有重要影响，同时还对大、中尺度运动如大洋热盐环流等具有重要调控作用。海洋湍流混合特征量如湍动能耗散率等物理量的定量刻画，主要通过现场湍流观测来实现。 为满足对深海动力过程机制研究和长期连续海洋湍流混合观测资料的迫切需求，本文以湍流观测传感器设计研制和标定方法研究为基础，研制了深海海洋湍流混合观测科学仪器（锚定式湍流观测仪(MTMI:Moored Turbulence MeasuringInstrument)）和可用于长期连续观测的潜标系统，并通过系统实验，对所研制的仪器和观测系统进行了科学检校和验证，同时，结合外海实验，初步开展了深海湍流混合过程研究。 本文设计并研制了可用于深海湍流混合长期连续观测的锚定式湍流观测仪，仪器最大工作水深可达4000米。完成了湍流观测仪的结构设计和电路设计，通过系统实验测试了仪器的性能，实验证明湍流观测仪的自身噪音与进口仪器的自身噪音在同一量级，其性能可以满足湍流观测的要求。 提出了海洋湍流测量剪切流传感器灵敏度标定方法，建立了室内标定系统。设计并研制了剪切流传感器灵敏度标定的方法和设备，并且对探头的灵敏度值进行了标定实验，通过实验数据分析验证了标定设备和标定方法的可行性。 同时对湍动能耗散率计算方法进行了总结，详细阐述了湍动能耗散率的两种计算方法，并针对潜标观测系统中由于观测平台振动污染剪切信号这一现象，提出了运动补偿理论和校正算法，最终通过系统实验，验证了该理论方法的可行性。 研制了深海湍流混合长期连续观测潜标系统。首先通过浅海比测实验，验证了湍流测量仪测量结果的准确性；随后在南海开展了深海湍流混合长期连续观测实验。潜标系统工作稳定并获取了大量观测资料，对深海湍流混合过程研究进行了初步探索。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P714
【图文】：

第一章 绪论介绍大气和海洋中普遍存在的一种运动，关于它的研究可追溯到十九湍流实验(Reynolds,1983)，他通过逐步增加水管入口的流速来观察动形态，发现雷诺数 Re(Reynolds number，描述惯性力与粘性力流体的运动状态相关。Re =Ud/υ表示平均流速，d 为水管的直径，υ为流体的运动学粘性系数，对为 10-6m2s-1。实验研究发现，当雷诺数大于 1.3×104时，水管内流流转捩（失稳）到无序的“乱流”（现称之为湍流）如图 1-1。

大于由分子粘性和分子扩散/热传导，以致在研究湍流输运和混合时常常将分子粘性和混合效应忽略不计。图1-2 数值模拟分子混合与湍流混合结果比较如上图 1-2 所示为数值模拟的分子混合和湍流混合结果，初值状态是圆盘状红色染料放置在白色的背景场。两种演变情况将会发生：图 1-2(b)表示在流体无 2

其丰富的时空结构，在时间上上从柯尔莫戈洛夫粘性耗散微动力学框架下是一高度非线性过程。海洋湍流混合的上述微结实现海洋湍流混合的现场观测技能耗散率，热耗散率）是刻化耗散率资料的海洋湍流传感器流传感器技术基于热线/热膜和速度产生的热交换率的大小实压电晶体变形张量来实现湍流的，再经过谱分析，最后给出湍流，海洋湍流测量技术取得较大进头：早在 1962 年，Grant 等人19]，并在潮汐通道开展了海洋湍，得到湍流热耗散率。

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 谷磊;刘玉红;王子龙;王树新;王延辉;;海洋剪切流传感器信号采集系统研究[J];传感技术学报;2009年03期

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相关硕士学位论文 前1条

1 赵威;SD存储卡的设计和实现[D];上海交通大学;2007年

本文编号：2802445