分层流体中螺旋桨效应激发内波的实验分析

为获取分层流体中螺旋桨尾迹的水动力学特性,在大型分层流水槽中采用多点组合探头阵列测量技术,对具有连续密度跃层流体中Suboff自航体模型螺旋桨产生的扰动特征进行了定量测量与分析。与拖曳体模型的尾迹特征比较,螺旋桨效应在分层流体中的水动力学尾迹具有特殊结构,其临界Froude数增大为Frs=4.4,波动中存在2种扰动波系,包含低频波动和非对称波形结构。相关结果不仅建立了对分层海洋中复杂螺旋桨效应的初步认识,也为分层海洋中螺旋桨水动力学尾迹建模及其应用提供了进一步的实验依据。

下凹型内孤立波沿台阶地形演化特征试验

通过大型分层流水槽中下凹型内孤立波沿台阶地形演化的试验模拟,认识我国南海东北部内孤立波沿海底突变地形传播的规律。利用分层染色标识法显示内孤立波与台阶地形作用过程中的特征变化,采用多点组合探头阵技术对其结构进行定量测量。研究表明:突变地形作用导致内孤立波波幅在台阶附近显著增加,使内孤立波波形变陡并出现尾部波列和极性转换等现象。

分层流风波水槽中基于线阵CCD水面影像反演内孤立波的实验研究

在大型重力式分层流风波水槽系统中,利用风生波原理模拟水面随机小尺度波场,采用重力塌陷方式产生大振幅孤立子内波,通过线阵CCD影像记录其传播过程中引起的水面小尺度波结构变化,分析孤立子内波对水面短重力波及毛细(重力)波的影响规律,建立线阵CCD图像灰度特征与内波要素特征的关系,进而由水面波场变化反演出水下孤立子内波的特征结构.实验结果证实了本文方法的有效性,也为实际利用海面粗糙度及海水层化特性遥感海水内部动力学研究提供了新的途径.

海洋内孤立波斜相互作用的Mach效应特性实验

当海洋工程结构物或水下航行器在海洋中遭遇异常大振幅内波时可造成损害甚至失事,海洋内孤立波斜相互作用的Mach效应是一种特殊海洋现象,也是异常大振幅内孤立波的重要成因.为了在实验室模拟具有海洋跃层环境中的内孤立波斜相互作用并控制Mach效应的产生,首先将两只直立无底圆柱筒放置在淡/盐水分布的两层流体环境中,淡/盐水混合区模拟海洋密度跃层,保持筒底与筒外水体的交换,以方便形成筒内外混合区的高度差;再将两柱筒平稳迅速移出,利用柱筒内外淡/盐水混合区高度差的重力塌陷扰动形成两列内孤立波,其在交汇区发生斜相互作用,并借助高清图像处理技术结合几何射线方法完成测量.实验结果表明:两列内孤立波斜相互作用性质取决于分层环境、两柱筒之间距离以及两列内孤立波的波幅和相位,上述方法可有效控制分层流实验水槽中Mach效应的产生.进一步分析表明:两列内孤立波相互作用的Mach效应将导致波幅显著增强,传播速度明显增大,且传播方向受两者振幅大小的控制,振幅相差越大所产生Mach效应的临界夹角越大.此外,通过内孤立波斜相互作用的Mach效应实验结果与Kd V,BO和MCC三种理论模型的比较,实验验证了Mach效应对非线性理论模型的适应性.