3124.冰脊與分層流體作用的piv實驗研究

1、碩士學位論文冰脊與分層流體作用的PIV實驗研究PIVexperimentalstudyontheinteractionsbetweeniceridgesstratifiedfluids作者姓名：鐵文學科、專業(yè)：港口、海岸及近海工程學號：21406218指導教師：盧鵬完成日期：大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文I摘要全球氣候變暖與極地區(qū)域冰川加速消融有著最直接的聯(lián)系。海冰作為全球氣

2、候系統(tǒng)的重要組成部分，它的變化不僅影響著海氣間的能量、動量的傳遞交換，還將造成鹽度突變層的不穩(wěn)定性，進而引發(fā)冰雪淹沒、冰川洪水等自然災害，這些最終都將威脅著人類居住生存環(huán)境的安全，所以海冰的動力學研究越來越得到科學界的高度重視。冰水界面的拖曳系數(shù)作為海冰動力學研究中的重要參數(shù)之一，其參數(shù)化方案也在逐漸發(fā)展和完事中。目前的海冰拖曳系數(shù)參數(shù)化方案未考慮海洋分層的影響，隨著冰川消融的加劇造成鹽躍層深度變淺，鹽躍層對海冰運動的影響不容忽視。本文

3、利用PIV（粒子圖像測速）技術在實驗室物理模擬冰脊與分層流體的相互作用進行研究。首先，在冰脊與單雙層流體相互的拖曳力變化規(guī)律基礎上，應用PIV（粒子圖像測速）技術原理于冰下流場測試，獲得流場速度分布圖像。該技術克服單點式測量的局限性，可精確有效的測量二維流場的流速分布特點。實驗室物理模擬試驗克服了野外觀測的環(huán)境影響和技術的限制性，并方便人為控制試驗條件。將兩種研究方法結合，通過計算密度、沉降速度等參數(shù)，選取適當?shù)氖聚櫫Ｗ?，利用水槽建立?/p>

4、層系統(tǒng)模擬北冰洋變淺鹽躍層、制作不同的冰脊模型、標定模型運動速度、實驗裝置和設備并設計實驗方案，使得實驗數(shù)據(jù)滿足精確度要求。其次，對3種傾角的冰脊模型在五種入水深度，11種運動速度共165組工況進行單層流場觀測，并對6種傾角的冰脊模型在5種入水深度，11種運動速度共330組工況進行雙層流場觀測拍攝，發(fā)現(xiàn)冰脊尾流場區(qū)域存在明顯的渦流，渦動區(qū)域隨冰脊入水深度的增加、冰脊運動速度的增大和冰脊傾角的增大而增大，且在入水深度相同時，渦流場隨模型運

5、動速度在一定范圍內(nèi)的增大出現(xiàn)多個渦動中心。此外，冰脊運動過程中，在分層流體界面處激起內(nèi)波，且波高與入水深度、運動速度和冰脊傾角呈正相關。分別統(tǒng)計內(nèi)波波峰與波谷的垂直距離發(fā)現(xiàn)，垂直距離隨冰脊傾角和入水深度增加而增加，隨冰脊運動速度呈非單調性變化，波峰隨冰脊傾角和入水深度增加逐漸靠近冰脊尾部，而隨運動速度增加逐漸遠離冰脊尾部。最后，將PIV實驗結果與冰水作用的冰下單雙層流場的冰脊拖曳力及尾流流場的變化規(guī)律進行對比。在單層流中，冰脊拖曳力隨冰