3124.冰脊與分層流體作用的piv實(shí)驗(yàn)研究

1、碩士學(xué)位論文冰脊與分層流體作用的PIV實(shí)驗(yàn)研究PIVexperimentalstudyontheinteractionsbetweeniceridgesstratifiedfluids作者姓名：鐵文學(xué)科、專業(yè)：港口、海岸及近海工程學(xué)號(hào)：21406218指導(dǎo)教師：盧鵬完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)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(dòng)量的傳遞交換，還將造成鹽度突變層的不穩(wěn)定性，進(jìn)而引發(fā)冰雪淹沒、冰川洪水等自然災(zāi)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(dòng)力學(xué)研究越來越得到科學(xué)界的高度重視。冰水界面的拖曳系數(shù)作為海冰動(dòng)力學(xué)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(duì)海冰運(yùn)動(dòng)的影響不容忽視。本文

3、利用PIV（粒子圖像測(cè)速）技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室物理模擬冰脊與分層流體的相互作用進(jìn)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(chǔ)上，應(yīng)用PIV（粒子圖像測(cè)速）技術(shù)原理于冰下流場(chǎng)測(cè)試，獲得流場(chǎng)速度分布圖像。該技術(shù)克服單點(diǎn)式測(cè)量的局限性，可精確有效的測(cè)量二維流場(chǎng)的流速分布特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室物理模擬試驗(yàn)克服了野外觀測(cè)的環(huán)境影響和技術(shù)的限制性，并方便人為控制試驗(yàn)條件。將兩種研究方法結(jié)合，通過計(jì)算密度、沉降速度等參數(shù)，選取適當(dāng)?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(biāo)定模型運(yùn)動(dòng)速度、實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)備并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足精確度要求。其次，對(duì)3種傾角的冰脊模型在五種入水深度，11種運(yùn)動(dòng)速度共165組工況進(jìn)行單層流場(chǎng)觀測(cè)，并對(duì)6種傾角的冰脊模型在5種入水深度，11種運(yùn)動(dòng)速度共330組工況進(jìn)行雙層流場(chǎng)觀測(cè)拍攝，發(fā)現(xiàn)冰脊尾流場(chǎng)區(qū)域存在明顯的渦流，渦動(dòng)區(qū)域隨冰脊入水深度的增加、冰脊運(yùn)動(dòng)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(shí)，渦流場(chǎng)隨模型運(yùn)

5、動(dòng)速度在一定范圍內(nèi)的增大出現(xiàn)多個(gè)渦動(dòng)中心。此外，冰脊運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度和冰脊傾角呈正相關(guān)。分別統(tǒng)計(jì)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(yùn)動(dòng)速度呈非單調(diào)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(yùn)動(dòng)速度增加逐漸遠(yuǎn)離冰脊尾部。最后，將PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果與冰水作用的冰下單雙層流場(chǎng)的冰脊拖曳力及尾流流場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。在單層流中，冰脊拖曳力隨冰