利用旋转平台模拟双河口羽流相互作用的研究

发布时间：2024-04-09 23:46

　　本文通过旋转平台实验室实验的方法,探讨了双河口情况下两个羽流将如何发生相互作用。在研究中,提出了一种新颖的技术对河口羽流的各切面流场进行测量,来获得河口羽流多个平面的速度场及涡度场,并基于此模拟了双河口羽流系统的准三维结构。通过对不同入流速度下的双河口羽流流场演变过程和内部结构进行了一系列对比研究,以期揭示上游河流的入流如何影响下游河口涡旋的形成及在羽流相互作用情形下各个羽流的演变。实验结果表明:随着上游入流流量的增加,上游羽流形成的沿岸流对下游河口涡旋沿岸迁移的促进和离岸输运的抑制作用将更加显著。特别是在上游入流流量等于或大于下游入流流量的情况下,下游羽流河口涡旋的体积增长明显较单一河口情况放缓。在上游入流流量较大的情况下,下游原有河口涡旋被推向更下游位置,在远离河口的位置形成另一个河口涡旋。在垂直方向上,我们可以观察到高上游入流流量条件下的下游河口涡旋的深度较小,更有利于形成三层流体的情况。本研究对多河口近海流域的营养盐及污染物的输运情况等社会和生态问题的研究有着重要的意义。

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【部分图文】：

图1实验装置

在我们的实验中,我们使用PIV系统来可视化入流流动(Horner-Devineetal,2006),并应用分层PIV技术来获得准三维结构(Wangetal,2017)。我们使用密度为1.04g/cm3,直径为20μm的聚苯乙烯粒子作为PIV粒子,并且将粒子密度设计为每32....

图2单羽流系统中(a—d)及双羽流系统中低上游入流流量(Qup=50cm3/s)下(e—h)及高上游入流流量(Qup=100cm3/s)下(i—l)下游(Qdown=50cm3/s)羽流的演变情况

在单一河口入流(Qdown=50cm3/s)的条件下,下游淡水流出后向右偏转,并在河口打开后的一个旋转周期内重新接触到海岸(图2a)。河口涡旋区呈现出一个反气旋涡旋和包围涡旋的地转射流结构(Horner-Devineetal,2006;Chen,2014;Yuanetal....

图3在不同的上游河流排放条件下下游河口涡旋区区域面积的时间序列

我们将最大涡度的80%的等涡度线定义为羽流边缘轮廓,这很好地指出了河口涡旋区的边界。我们计算了表面一分钟内,在不同上游河流排放条件下下游羽流河口涡旋区域的面积变化。如图3所示,在所有情况下,河口涡旋区的面积随时间不断增加,这一点与前人的研究一致(Horner-Devineet....

图4单羽流系统中由单一河口产生的羽状的准三维结构

在经过3T(旋转周期)的早期羽流演变之后,河口涡旋将继续稳定增长到10T,之后河口涡旋将在单羽流(Horner-Devineetal,2006)或双羽流状况中变得不稳定(Yuanetal,2011)。如图2及图3所示,PIV相机会在表面采集3T(1min)的图片,随后我们....

本文编号：3949816