[发明专利]一种内孤立波环境中浮力射流模拟装置及模拟方法

说明书

本发明公开了一种内孤立波环境中浮力射流模拟装置及模拟方法，该模拟装置包括试验水槽、第一水箱、第二水箱、第三水箱和贴槽旋转喷口；试验水槽内顶部和底部的两侧分别对应开设有滑槽，顶部两侧的滑槽内分别设有第一动滑轮，一端部分别设有第一定滑轮，底部两侧的滑槽内分别设有第二动滑轮，一端部分别设有第二定滑轮，同一侧的第一动滑轮、第一定滑轮、第二定滑轮和第二动滑轮依次通过细线连接，试验水槽内底部设有步进电机；试验水槽内设有第一推板和第二推板，第一推板与两个第一动滑轮连接，第二推板与两个第二动滑轮连接；本发明实现在内孤立波环境中研究浮力射流，研究内波与射流相互作用和数值输移特性。

技术领域

本发明涉及环境流体力学技术领域，具体是一种内孤立波环境中浮力射流模拟装置及模拟方法。

背景技术

沿构造板块边缘的热液喷口喷出的浮力射流是海洋水体和海底沉积物中重金属矿物的重要来源，密度较小的热液流体会在浮力作用下湍流卷吸夹带周围的环境海水一同迅速上升，在动量减少至零时停止上升并在水平方向上运动扩散，一般会影响着数公里以内的物质输运及热通量分布，这种海洋中的物理现象由于能够从岩石圈向海洋圈传输大量化学物质及热量而备受关注，比如专利号为CN 105973567的中国发明专利公开了热液羽流模拟装置及模拟方法，可以在层结水体环境中方便地进行海洋中热液羽流的模拟。

在最新的一些海洋观测中发现，在距某些喷口数十公里的地方检测到了来自喷口的铁、猛、氯等元素，根据传播距离的鲜明差距，推测与这些地区探测到的内波有很大的关系。海洋中的内孤立波是一种非常特殊的内波，是海洋中的一种中小尺度过程，它能长距离传播且保持它的波形不变，是海洋能量与动量输运的主要载体，影响着海洋环境、生态等；同时内波的破碎也会产生不可逆转的混合。

目前，研究内波环境中浮力射流的实地观测、物理实验、数值模拟方面的成果都相对较少，实地观测需要耗费巨大的人力、物力、财力，并且很难找到理想的观测环境，数值模拟中的一些参数又依托真实数据来率定，所以目前亟需一套能够在内孤立波环境中发生浮力射流的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内孤立波环境中浮力射流模拟装置及模拟方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种内孤立波环境中浮力射流模拟装置，包括试验水槽、第一水箱、第二水箱、第三水箱和贴槽旋转喷口；第一水箱通过第一水管依次接入第一输液泵和第一流量计后接入第二水箱底部；第二水箱通过第二水管依次接入第二输液泵和第二流量计后接入试验水槽底部；第三水箱通过第三水管依次接入第三输液泵和第三流量计后接入试验水槽底部；

贴槽旋转喷口设置于试验水槽的底部，且位于第三水管的出口处；

试验水槽内顶部和底部的两侧分别对应开设有滑槽，滑槽沿试验水槽的长度方向开设；

试验水槽内顶部两侧的滑槽内分别设有第一动滑轮，顶部两侧的滑槽一端部分别设有第一定滑轮；试验水槽内底部两侧的滑槽内分别设有第二动滑轮，底部两侧的滑槽一端部分别设有第二定滑轮；

试验水槽同一侧的第一动滑轮、第一定滑轮、第二定滑轮和第二动滑轮依次通过细线连接；

试验水槽内底部设有用于驱动底部两侧滑槽内的第二动滑轮的步进电机；

试验水槽内设有第一推板和设置于第一推板下方的第二推板，第一推板的长边靠近试验水槽的顶部，第一推板其中两个顶角分别与试验水槽内顶部两侧滑槽内的第一动滑轮通过拉杆连接，第二推板的长边靠近试验水槽的底部，第二推板其中两个底角分别与试验水槽内底部两侧滑槽内的第二动滑轮通过拉杆连接。

进一步的，第二水箱内的顶部设有电动搅拌器。

进一步的，贴槽旋转喷口包括矩形喷口、正方形喷口、圆形喷口和三角形喷口。