SU1543275A1

SU1543275A1 - Способ возбуждени внутренних волн

Info

Publication number: SU1543275A1
Application number: SU874323261A
Authority: SU
Inventors: Василий Иванович Казаков; Юрий Александрович Степанянц
Original assignee: Институт прикладной физики АН СССР; Горьковский Политехнический Институт
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1987-08-31
Publication date: 1990-02-15

Abstract

Изобретение относитс к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследовани х дл генерировани внутренних волн в стратифицированных жидкост х. Целью изобретени вл етс упрощение способа. Возмущение плотности стратифицированной жидкости осуществл ют тепловым потоком,который формируют путем локального нагрева жидкости нагревателем. Нагретые слои жидкости, расположенные ниже границы пикноклина, в силу действи архимедовых сил начинают всплывать, вызыва эффективное образование внутренних волн. Волнообразование имеет регул рный характер, что обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами. Возможность варьировани расположением и формой нагревател , степенью и длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позвол ет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существовани при любой структуре пикноклина. 5 ил.

Description

Изобретение относитс к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследовани х дл генерировани внутренних волн в стратифицированных жидкост х.

Цель изобретени - упрощение способа при возбуждении внутренних волн в натурных услови х.

На фиг. 1 представлено устройство дл реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - график временной реализации внутренних волн при периодическом нагреве объема жидкости; на фиг. 3 - амплитудный спектр временной реализации внутренних волн; на фиг.4- график временной реализации внутренней волны при однократном нагреве объема жидкости; на фиг. 5 - амплитудно-частотна характеристика устройства дл осуществлени способа.

Устройство содержит соединенный с источником 1 электроэнергии нагревательный элемент 2, размещенный в стратифицированной жидкости 3 ниже границы пикноклина. В качестве нагре- ательного элемента используетс цилиндр , состо щий ич набора, например, шести кварцевых галогенных ламп типа КГТ-220-600, расположенных по образующей цилиндра диаметром 6 см.

Способ осуществл ют следующим образом .

У1

4ь

со ю 1

СП

Возмущенне плотности стратифицированной жидкости осуществл ют тепловым потоком, который формируют путем локального нагрева сло жидкости нагревателем 3, подключа его к источнику 1 энергии. Слой жидкости, прилегающей к нагревателю, нагреваетс и плотность его по сравнению с окружающими ненагретыми сло ми становитс меньше и в силу действи архимедовых сил он начинает всплывать вверх, вызыва волнообразование в стратифицированной жидкости. Поскольку нагрев

жидкости нагревателем 3 осуществл ет- цаетс , что дл обеспечени регул рен в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, нагретый слой при перемещении взаимодействует с никио- клином, вызыва этим эффективное образование внутренних волн. Нагрев сло жидкости осуществл етс в течение времени, определ емого итсоотноше Ъ ни t у- , где

1i 3,14, а N - макности генерируемых волн длительность Т не должна превышать времени переме щени нагретого объема на рассто ние, равное его характерному размеру. 20 Внутренние волны создают путем локального нагрева жидкости в течение времени С 20 с, который осуществл ют при периодическом (с периодом Т- -30 с) подключении в течение того же

|

внутренних волн нагреватель } выполн ют цилиндрическим.

|

Требуема амплитуда А создаваемых внутренних волн определ ет выбор длительности -С подключени нагревател 3 к источнику 1 при заданной мощности нагревател . Требуема частота F внут ренних волн определ ет выбор периода Т подключени нагревател 3 к источнику 1 (Т Ј + Т , где f - врем , в течение которого нагреватель 3 отключен от источника 1). При этом учитыности генерируемых волн длительность Т не должна превышать времени перемещени нагретого объема на рассто ние, равное его характерному размеру. Внутренние волны создают путем локального нагрева жидкости в течение времени С 20 с, который осуществл ют при периодическом (с периодом Т- -30 с) подключении в течение того же

симальна частота Крента-В йс л дл 25 времени Г нагревател 3 к источнику 1.

данной жидкости, не превышающего врем перемещени нагретого объема на рассто ние, равное его характерному размеру. Поэтому волнообразование имеет не хаотический, а регул рный -JQ характер, что, в свою очередь, обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами. Возможность варьировани расположением и формой нагревател , степенью и длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позвол ет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существовани при любой структуре пикноклина.

35

Ю

П р-и м е р. В термостратифицированном бассейне размером (5x1, 5x1,2) м с рко выраженным устойчивым пикно- клином нагреватель 3 периодически подключаетс к источнику 1 напр жени в различных режимах: однократном или периодическом. Показанна на фиг. 2 запись возбужденных плоских

внутренних волн получена при перноди-сп характеристика при посто нной длическом подключении нагревател 3 (число включений п нагревател составл ло 20, длительность включени С 20 с,период Т включени 30 сК Наличие в амплитудном спектре (фиг.З) возбужденных волн лишь одной гармоники говорит о синусоидальном характере возбуждени внутренних вопи. Дл обеспгчечи генерировани пмогких

55

тельности С включени нагревател , равной 15 с дл разных периодов вкл чени Т в интервале 20-60 с. Максимальна амплитуда А внутренних волн дл каждого периода Т имела место при Т 30 с.

Дл локального нагрева объема жидкости в качестве нагревательного элемента может быть использована,

На фиг. 2 представлена запись этих возбужденных волн частотой F 0,033 Гц и амплитудой А 0,3°С, котора соответствует смещени м на 4 мм линий посто нной плотности стратифицированной жидкости. Запись получена при двадцати подключени х нагревател 3 к источнику 1. Анализ амплитудного спектра (фиг. 3) возбужденных волн подтверждает регул рность, а именно синусоидальность возбужденных волн, частота которых F соответствует час11 п

тоте - включени нагревател .3, При

этом, как видно из фиг. 2, колебани

различных слоев жидкости происход т синфаэно (верхн и нижн кривые описывают колебани температуры жидкости на глубинах 32 и 35 см соответ- ственно). На фиг. 4 показана запись полученных внутренних волн при однократном режиме возбуждени при длительности О импупьса 15 с. На фиг.5 представлена амплитудно-частотна

5

тельности С включени нагревател , равной 15 с дл разных периодов включени Т в интервале 20-60 с. Максимальна амплитуда А внутренних волн дл каждого периода Т имела место при Т 30 с.

например, пола труба, по которой прокачиваетс гор ча жидкость.

Claims

Таким образом, предлагаемый способ характеризуетс простотой и надежностью (поскольку не св зан с необходимостью использовани механических конструкций, содержащих большое число узлов передач, подвергаемых в натурных услови х большим механическим нагрузкам и коррозии. Формула изобретени

Способ возбуждени внутренних волн в стратифицированной жидкости, осно- 15

AAA/IAA/VVVVV

J2

Ј

//

AA/WlTVAAAy

200

ванный на изменении ее плотности, отличающийс тем, что, с целью упрощени способа при возбуждении внутренних волн в натурных услови х , изменение плотности жидкости производ т путем локального нагрева ее сло в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, в течение времени t, определ емого из соотношени

JL

2N

t

где N - максимальна частота Брента- В йс л дл данной жидкости.

фиг

600

800

($

0,