Способ возбуждения внутренних волн Советский патент 1990 года по МПК G01M10/00 

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследованиях для генерирования внутренних волн в стратифицированных жидкостях.

Цель изобретения - упрощение способа при возбуждении внутренних волн в натурных условиях.

На фиг. 1 представлено устройство для 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-частотная характеристика устройства для осуществления способа.

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

Способ осуществляют следующим образом.

У1

4ь

со ю 1

СП

Возмущенне плотности стратифицированной жидкости осуществляют тепловым потоком, который формируют путем локального нагрева слоя жидкости нагревателем 3, подключая его к источнику 1 энергии. Слой жидкости, прилегающей к нагревателю, нагревается и плотность его по сравнению с окружающими ненагретыми слоями становится меньше и в силу действия архимедовых сил он начинает всплывать вверх, вызывая волнообразование в стратифицированной жидкости. Поскольку нагрев

жидкости нагревателем 3 осуществляет- цается, что для обеспечения регулярен в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, нагретый слой при перемещении взаимодействует с никио- клином, вызывая этим эффективное образование внутренних волн. Нагрев слоя жидкости осуществляется в течение времени, определяемого итсоотноше Ъ ния t у- , где

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

|

внутренних волн нагреватель } выполняют цилиндрическим.

|

Требуемая амплитуда А создаваемых внутренних волн определяет выбор длительности -С подключения нагревателя 3 к источнику 1 при заданной мощности нагревателя. Требуемая частота F внут ренних волн определяет выбор периода Т подключения нагревателя 3 к источнику 1 (Т Ј + Т , где f - время, в течение которого нагреватель 3 отключен от источника 1). При этом учитыности генерируемых волн длительность Т не должна превышать времени перемещения нагретого объема на расстояние, равное его характерному размеру. Внутренние волны создают путем локального нагрева жидкости в течение времени С 20 с, который осуществляют при периодическом (с периодом Т- -30 с) подключении в течение того же

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследованиях для генерирования внутренних волн в стратифицированных жидкостях. Целью изобретения является упрощение способа. Возмущение плотности стратифицированной жидкости осуществляют тепловым потоком,который формируют путем локального нагрева жидкости нагревателем. Нагретые слои жидкости, расположенные ниже границы пикноклина, в силу действия архимедовых сил начинают всплывать, вызывая эффективное образование внутренних волн. Волнообразование имеет регулярный характер, что обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами. Возможность варьирования расположением и формой нагревателя, степенью и длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позволяет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существования при любой структуре пикноклина. 5 ил.

симальная частота Крента-Вяйсяля для 25 времени Г нагревателя 3 к источнику 1.

данной жидкости, не превышающего время перемещения нагретого объема на расстояние, равное его характерному размеру. Поэтому волнообразование имеет не хаотический, а регулярный -JQ характер, что, в свою очередь, обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами. Возможность варьирования расположением и формой нагревателя, степенью и длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позволяет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существования при любой структуре пикноклина.

35

Ю

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

внутренних волн получена при перноди-сп характеристика при постоянной длическом подключении нагревателя 3 (число включений п нагревателя составляло 20, длительность включения С 20 с,период Т включения 30 сК Наличие в амплитудном спектре (фиг.З) возбужденных волн лишь одной гармоники говорит о синусоидальном характере возбуждения внутренних вопи. Для обеспгчечия генерирования пмогких

55

тельности С включения нагревателя, равной 15 с для разных периодов вкл чения Т в интервале 20-60 с. Максимальная амплитуда А внутренних волн для каждого периода Т имела место при Т 30 с.

Для 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, которая соответствует смещениям на 4 мм линий постоянной плотности стратифицированной жидкости. Запись получена при двадцати подключениях нагревателя 3 к источнику 1. Анализ амплитудного спектра (фиг. 3) возбужденных волн подтверждает регулярность, а именно синусоидальность возбужденных волн, частота которых F соответствует час11 п

тоте - включения нагревателя .3, При

этом, как видно из фиг. 2, колебания

различных слоев жидкости происходят синфаэно (верхняя и нижняя кривые описывают колебания температуры жидкости на глубинах 32 и 35 см соответ- ственно). На фиг. 4 показана запись полученных внутренних волн при однократном режиме возбуждения при длительности О импупьса 15 с. На фиг.5 представлена амплитудно-частотная

5

тельности С включения нагревателя, равной 15 с для разных периодов включения Т в интервале 20-60 с. Максимальная амплитуда А внутренних волн для каждого периода Т имела место при Т 30 с.

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

например, полая труба, по которой прокачивается горячая жидкость.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется простотой и надежностью (поскольку не связан с необходимостью использования механических конструкций, содержащих большое число узлов передач, подвергаемых в натурных условиях большим механическим нагрузкам и коррозии. Формула изобретения

Способ возбуждения внутренних волн в стратифицированной жидкости, осно- 15

AAA/IAA/VVVVV

J2

Ј

//

AA/WlTVAAAy

200

ванный на изменении ее плотности, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при возбуждении внутренних волн в натурных условиях, изменение плотности жидкости производят путем локального нагрева ее слоя в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, в течение времени t, определяемого из соотношения

JL

2N

t

где N - максимальная частота Брента- Вяйсяля для данной жидкости.

фиг

600

800

($

0,