| 稳定分层流密度界面处湍流混合与分形结构 |
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| 引用本文： | 张爽, 时钟. 稳定分层流密度界面处湍流混合与分形结构[J]. 力学学报, 2015, 47(4): 547-556. DOI: 10.6052/0459-1879-14-367 |
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| 作者姓名： | 张爽 时钟 |
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| 作者单位： | 1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 海洋工程国家重点实验室, 上海200030 |
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| 基金项目： | 国家留学基金管理委员会(20111831186) 和海洋工程国家重点实验室自主研究课题(GKZD010065) 资助项目. |
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| 摘 要： | 采用室内混合箱研究稳定分层流(上层淡水、下层盐水) 无剪切密度界面处的湍流混合与分形结构. 湍流通过浸没在盐水层中的振动格栅产生, 密度界面结构通过在盐水层中添加荧光剂或染料可视化, 共进行12 组实验. 实验观测并记录了:(1) 淡、盐水密度界面距混合箱底部的平均高程(h);(2) 淡、盐水层的密度(ρ0,ρ), (3) 淡、盐水密度界面. 其中, 淡、盐水密度界面通过照片、录像进行记录. 观测结果用于计算:(1) 盐水层密度;(2) 卷挟速度, (3) 整体理查孙数(Rio), (4) 二维、三维密度界面, (5) 二维、三维密度界面的分形维度. 结果分析发现:(1) 湍流卷挟率随Rio 增大而减小, 并且满足Rio的-3=2 或-7=4 幂律;表明随着湍流强度的减弱, 混合的速度也越来越缓慢;(2) 二维密度界面分形维度大于1, 三维密度界面分形维度大于2;表明二维、三维密度界面存在分形结构;(3) 分形维度随Rio的增大而减小;表明随着湍流强度的减弱, 密度界面也越来越趋于光滑.
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| 关 键 词： | 稳定分层流 无剪切 密度界面 湍流混合 分形 |
| 收稿时间： | 2014-11-20 |
| 修稿时间： | 2015-04-30 |
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