剪切流探头标定方法研究

海洋湍流动能耗散率的获取主要是依靠精细结构的流速剪切原始数据,而目前获取数据的最为有效和可靠手段是使用专用的湍流测量仪器。翼型剪切流探头作为仪器最为重要的部分,其性能决定了获得数据的有效性和可靠性,为此,对其特性的研究具有重要的科学价值和工程意义。翼型剪切流探头在标定和实际测量过程中,其数据获取精度受很多因素的影响,为此,获取准确的测量数据,提高目前的翼型剪切流探头测量水平,开展探头标定精度分析,测量过程的误差研究,对提高海洋微结构研究具有重要意义。

微结构湍流测量水下滑翔机设计与试验研究

湍流测量对研究海洋微观和宏观运动具有重要作用,翼型剪切流传感器是目前观测海洋湍流的有效工具。水下滑翔机由于运动稳定,是翼型剪切流传感器的理想搭载平台,可为海洋湍流测量提供新的技术途径。通过面向翼型剪切流传感器与水下滑翔机的集成开展研究,完成海洋微结构湍流测量水下滑翔机的设计,并进行南海测试。考虑剪切流传感器工作要求和滑翔机运动特点,面向滑翔机测量系统进行翼型剪切流传感器装载的约束条件分析。研究翼型剪切流传感器的搭载方式和位置对湍流测量的影响,确定翼型剪切流传感器在滑翔机上的优化装载方案,并进行微结构湍流测量水下滑翔机运动特性分析。通过海域试验验证滑翔机整体测量系统的运动性能及湍流测量的有效性。

6 km自容式湍流观测剖面仪设计与试验研究

目前大部分湍流观测剖面仪的观测范围在1km以浅。为获取深海湍流数据,探究深海动力过程演变机制与能量耗散过程,研制6km自容式湍流观测剖面仪。从湍流观测应用的翼型剪切流传感器测量原理出发,分析约束深海剖面仪设计的关键技术,开展了深海剖面仪稳定水动力布局设计、耐压6km的轻量化结构设计、下潜速度分析与控制设计。观测传感器集成微结构的双PNS系列翼型剪切流传感器与FP07快速温度传感器,实现了深海湍流两个维度下湍动能耗散与热耗散的同步、高速观测,采用模块化的设计思想完成自容式湍流观测硬件系统的设计。通过性能检测试验,剖面仪可满足6 km应用,下潜速度线性可调范围0.4~0.9 m/s,验证了剖面仪结构设计的可行性;海上试验,并与MSS90进行比测,剖面仪测量湍流脉动剪切变化趋势与MSS90相同,计算的湍流剪切波数谱与Nasmyth理论谱在截止波数前非常吻合,相同深度的湍动能耗散率与MSS90为同一数量级,验证了深海6 km自容式湍流观测剖面仪湍流测量的准确性。