[实用新型]一种零输运模拟产生均匀各向同性可调海洋湍流的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于海洋环境模拟实验装置领域，特别涉及该领域中的一种零输运模拟产生均匀各向同性可调海洋湍流的实验装置。

背景技术

在宏观层面，海水的流动是杂乱无章的，随时受到风、浪、流等不同大尺度扰动的共同作用，表现为时间和空间上的随机性和无序性，但是在微观层面，海水又无时无刻不在做着湍流运动，海洋湍流具有均匀和各向同性的特点。海洋湍流既能增强海水间动量和热量的交换，也能促进有机物和盐分等物质在海水中的扩散，海水中的颗粒物质、微小生命体在海洋湍流的作用下被排挤、碰撞和变形，因此研究海洋湍流对海水中微小生命体的影响具有十分重要的科研意义，而在进行研究之前需要解决在实验室环境下模拟海洋湍流的同时实现对海洋湍流和海水中微小生命体的耦合观测，实验过程中模拟出的海洋湍流要求均匀各向同性，并且在观测过程中不能有外部物质输入实验装置以干扰观测结果。

目前国内外在实验室环境下模拟气体湍流的技术比较成熟，一般在风洞内进行，通过对称布置激励的方式，在结构中心区域可产生近似均匀和各向同性的湍流，并且保证了气体介质局限在一定范围内，激励方式包括扬声器和风扇，统计上的各向同性由风洞内的栅格实现和控制。但是目前还缺乏在水体环境中模拟实现各向同性湍流的实验设备，另外以上的方法在气体介质循环过程中存在外来物质输入实验装置内的情况，这种输入会影响实验装置内的生态，不利于实验装置内微小生命体的生存，干扰观测结果。

中国发明专利申请CN102435416A公开了一种强迫各向同性湍流实验装置，其电机设置在底架的底端，第一皮带轮设置在第一支撑板上，第二皮带轮设置在第三支撑板上，第一皮带轮与第二皮带轮之间通过同步带连接，第一偏心凸轮偏心穿设在第一传动轴上，第一连接杆的一端与第一网格连接，第一连接杆的另一端穿过水箱与第一偏心凸轮转动连接，第二偏心凸轮偏心穿设在第二传动轴上，第二连接杆的一端与第二网格连接，第二连接杆的另一端穿过水箱与第二偏心凸轮转动连接。该实验装置虽然可以用于液体实验，但是直接将第一网格和第二网格置入水箱中往复运动以产生各向同性湍流的方式，对水箱中的微小生命体影响太大，无法实现对湍流和微小生命体的耦合观测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种可以对海洋湍流及其中的微小生命体进行实时耦合观测的零输运模拟产生均匀各向同性可调海洋湍流的实验装置及方法。

本实用新型采用如下技术方案：

一种零输运模拟产生均匀各向同性可调海洋湍流的实验装置，其改进之处在于：所述的装置包括立方体形的水槽，水槽的顶部可以打开以便注水，在水槽的前、后、左、右四个侧面各设置一根激励管道，所述的激励管道一端与水槽相通，另一端密封，在密封端内设置一个磁力转子，密封端外则设置一台磁力搅拌器，所述磁力搅拌器内的永磁体朝向密封端面与密封端内的磁力转子相对。

进一步的，所述水槽的顶部设置与外部成像装置电连接的CCD相机，水槽的底部安装承载支架，所述的承载支架包括用于安装水槽的顶部支撑部，该顶部支撑部通过中空的支撑柱与支架底座相连接，所述支撑柱的表面沿横向方向均匀分布一排透光通孔，以便光源发出的光透过通孔照射设置在中空支撑柱内的转折棱镜，该转折棱镜再将光源发出的光转入水槽。

进一步的，所述承载支架的顶部支撑部和支架底座的横向截面形状均为圆形，支撑柱为圆柱形，并且在顶部支撑部和支架底座表面均有通孔以便使支撑柱的中空部分与外界相通。

进一步的，所述的光源为激光。

进一步的，所述支架底座和各台磁力搅拌器的底部均安装有高度调节装置。

进一步的，所述的高度调节装置包括方形底座，在方形底座的四个顶点上各竖向安装一根带滑槽的铝型材，滑块通过活动螺栓安装在滑槽上，松开活动螺栓时，滑块可沿滑槽滑动，拧紧活动螺栓后，滑块即在滑槽上固定，四根铝型材上的滑块形成一个高度可调的平台以便容纳支架底座或磁力搅拌器。

进一步的，所述各台磁力搅拌器底部的高度调节装置均与支架底座底部的高度调节装置固定连接。

进一步的，所述制作水槽和激励管道的材料为亚克力。

进一步的，在所述的激励管道内设置栅格，并且在激励管道与水槽的连接处设置密封圈密封。