كان يؤيد هذا العمل منح "جبهة الخلاص الوطني الصيني" (41706033 و 91752108 و 41476167) ومنح "جبهة الخلاص الوطني جرانجدونج" (2017A030313242 و 2016A030311042) ومنحة عفرتو (LTOZZ1801).

1-العمل للدبابات
ملاحظة: تجري التجربة في خزان مستطيل. الخزان يتضمن لوحات العلوي والسفلي وجدار الجانبي. لوحات العلوي والسفلي مصنوعة من النحاس مع الأسطح مطلي. وهناك دائرة مياه داخل اللوحة العلوية. يتم إدراج لوحة تدفئة كهربائية في أسفل لوحة. الجدار الجانبي عن زجاجي شفاف. هو حجم خزان لx = 257 مم (الطول)، Ly = 65 مم (العرض) ولz = 257 مم (الارتفاع). سمك الجدار 9.5 ملم.
<ol><li>تنظيف ألواح النحاس وجدار زجاجي بعناية مع الماء المقطر.</li>
	<li>تجميع الدبابة بمسامير للتأكد من أن الخزان المياه محكم.</li>
	<li>إعداد إطار الفولاذ المقاوم للصدأ داعمة (ارتفاع 150 مم) على طاولة بصرية وإصلاح الخزان فوق الإطار مع حرارة العزل لوح بينهما، مما يحد من تسرب الحرارة من خزان العامل إلى الجدول.</li>
	<li>إدراج ثلاثة ثيرميستورس (استقرار درجة الحرارة من 0.01 درجة مئوية) في كل لوحة وتوصيلها إلى متعدد رقمية. ملاحظة يتم استخدام هذه ثيرميستورس لرصد درجات حرارة لوحات العلوي والسفلي.</li>
	<li>ضع "الموصلية" الصغيرة الحجم ودرجة الحرارة الصك (مسكتي) داخل الصهريج وتوصيله إلى اقتناء البيانات متعددة الوظائف (MDA). إصلاح مسكتي إلى مرحلة ترجمة دقيقة المزودة بمحركات (MPTS). ملاحظة: لاحظ أنه يمكن نقل مسكتي صعودا وهبوطاً بالتحرك عمودياً، حتى يتحقق ملامح السائل العامل درجة الحرارة والملوحة. هنا، قد مسكتي استقرار درجة حرارة الاستقرار 0.01 درجة مئوية والملوحة من 1%. وقد ن الدقة الموضعية من 0.005 مم.</li>
	<li>تعيين المعلمات في البرامج المناظرة "المتعدد الرقمية" و "اكتساب البيانات متعددة الوظائف"، مثل معدلات أخذ العينات والبيانات اقتناء قنوات ومسارات التخزين. وهنا، تعيين معدلات أخذ العينات المتعدد الرقمية واكتساب البيانات متعددة الوظائف هرتز 1.0 و 128، على التوالي.</li>
	<li>تعيين معلمات تتحرك في البرنامج ن، بما في ذلك الموقف المبدئي، أدنى وأعلى المناصب، نقل السرعة والتسارع، مسكتي. هنا، بسرعة وتسارع تتحرك ك 1 مم/s و 0.5 mm/s2، وتحديد مواقف أدنى وأعلى ك 20 و 220 ملم أعلاه أسفل لوحة. وهذا يؤدي إلى فترة زمنية من MPTS 404 ق القياس من أعلى إلى أسفل. تعيين موضع الأولية مسكتي في موقف أدنى.</li>
	<li>الحفاظ على درجة حرارة الغرفة ثابتة تقريبا حوالي 24 درجة مئوية مع اثنين من مكيفات الهواء عالية الطاقة (قوة العمل 3000 W).</li>
</ol>2-جهاز بصري
ملاحظة: أثناء التجربة، تطور الدرج DC سترصد مع تقنية شادووجراف، الذي هو الوفاء مع أدناه الإجراءات
<ol><li>إرفاق قطعة من الورق الشفاف (25.7 سم × 25.7 سم) على السطح الخارجي للخزان.</li>
	<li>استخدام مصباح LED شعاع ضيق كمصدر الضوء. وضع مصدر الضوء حوالي 5 أمتار بعيداً عن الجانب الآخر من الدبابات، بحيث يمكن إنشاؤها على ضوء ما يقرب وتحديدالمنطقه. علما بأن الطبقات هيكل السوائل خلال التجربة بوحدة تحكم المجال DC مضاءة على الورق الشفاف بسبب تغير الكثافة (المقابلة لتغيير مؤشر الانكسار) من السوائل.</li>
	<li>ضع كاميرا عالية السرعة على نفس الجانب من الورق الشفاف. أنها حوالي 1 متر من الخزان حتى أنه يمكن تسجيل هياكل الطبقات مع الدبابة كاملة الحجم.</li>
	<li>تعيين معدل أخذ العينات من كاميرا الفيديو. علما أن معدل أخذ العينات ينبغي أن تكون مناسبة لالتقاط تفاصيل التطورات الدرج. هنا، هو أن معدل أخذ العينات من كاميرا الفيديو 25 هرتز.</li>
	<li>تشغيل مصباح وكاميرا الفيديو، وتعديل طفيف الجرع والمسافات، لضمان أن مسح الصور يمكن التقاطها بواسطة كاميرا الفيديو.</li>
</ol>3-العامل السائل
<ol><li>تعد المياه العذبة والمالحة في دبابتين.<ol>
<li>الانضمام دبابتين مستطيلة متطابقة (الدبابات A وخزان ب) بأنبوب مرن (10 سم في الطول، 6 في القطر الداخلي و 10 ملم في القطر الخارجي) من الجزء السفلي من كل واحد.</li>
		<li>يتم ملء خزان A مع المياه المالحة، وتركيزها الشامل للملح (أي، الملوحة) ز 60/كغ في هذا المثال.</li>
		<li>ملء الخزان ب مع تساوي حجم المياه العذبة دي المشككين، واستخدام محرض مغناطيسية كهربائية إلى مجانسة السائل بشكل مستمر.</li>
		<li>الحفاظ على درجة حرارة السوائل الأولية داخل الدبابات على حد سواء نفس درجة حرارة الغرفة (24 درجة مئوية).</li>
	</ol>
</li>
	<li>إنشاء الطبقات الكثافة الخطية في خزان العامل.<ol>
<li>استخدام أسلوب مزدوج للدبابات29 لتأسيس الطبقات خطية أولية من المياه المالحة في خزان العامل.</li>
		<li>ضع الدبابات A و B على نفس الارتفاع، وأعلى من خزان العامل 30 سم. الانضمام إلى خزان ب وخزان العامل مع أنبوب مرن آخر (50 سم في الطول، 2 مم في القطر الداخلي والخارجي قطرها 5 ملم) من تلك القيعان. نظراً لاختلاف ضغط السائل في هذه الدبابات اثنين، يمكن حقن السائل في خزان ب ببطء في خزان العامل.</li>
		<li>التحكم في سرعة تدفق مع مضخة تمعجية في مل 0.45/س. علما طوال الوقت لملء المياه لخزان العامل هو حساب الملوحة في الجزء السفلي من الخزان العامل استناداً إلى29 حوالي 3 ﻫ. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq1.jpg">(1) أين هي SAوالخامس والخامس0 ملوحة دبابات، حجم السائل النهائي للدبابة العامل وحجم السوائل الأولية بخزان (أو ب)، على التوالي. استخدام الملوحة في المياه العذبة في الجزء العلوي والسفلي Sب ، تواتر الطفو الطبقية الأولى ن0 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq2.jpg">(2) حيث g تسارع الجاذبية، ρ0 كثافة الإشارة وبيتا معامل انكماش الملوحة. علما ن0 يحسب كراد/s 1.14 في هذا المثال.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4-تشغيل التجربة
<ol><li>تعيين شروط الحدود للدبابة العامل.<ol>
<li>قم بتوصيل دائرة المياه في أعلى لوحة مدوار مبردة مع الثمانية الموزعة بانتظام أنابيب لينة بلاستيكية (150 سم طول، 10 مم وقطرها الداخلي 15 ملم في القطر الخارجي). علما أن درجة حرارة أعلى لوحة يعتمد على درجة حرارة مدوار المبردة. تعيين درجة حرارة أعلى لوحة نفس درجة حرارة الغرفة (24 درجة مئوية).</li>
		<li>قم بتوصيل لوحة التدفئة الكهربائية داخل أسفل لوحة "الإمداد" التيار المباشر. ملاحظة تدفق حرارة ثابتة يتم توفيرها للسائل العامل خلال هذه التجربة، التي يتم حسابها <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq3.jpg">(3) حيث U, R و A هي الجهد المتوفر، المقاومة الكهربائية وفعالة في مجال التدفئة الكهربائية لوح، على التوالي. في هذا المثال، يتم بالمقاومة ومنطقة فعالة أوم 44.12 و 1.89 × 10-2 م2. تعيين الجهد المتوفر كما 60 الخامس، حيث أن الحرارة مجموع الجريان وح 4317 ث/م2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>قم بتشغيل كاميرا الفيديو لتسجيل نمط التدفق.</li>
	<li>قم بتشغيل "المتعدد الرقمية"، الحصول على البيانات متعددة الوظائف لرصد درجة حرارة لوحات العلوي والسفلي، ودرجة الحرارة والملوحة من السوائل التي تستخدم في مسكتي.</li>
	<li>قم بتشغيل MPTS لنقل مسكتي صعودا ونزولاً تحقيق ملامح السائل العامل درجة الحرارة والملوحة.</li>
	<li>قم بتشغيل مدوار المبردة و "إمداد" التيار المباشر لتحقيق شروط الحدود العليا والسفلي من السائل العامل. ملاحظة: ملاحظة أن التجربة كلها سوف تجربة جيل، تطوير واندماجات، واختفاء الدرج DC، وأنها سوف تستمر حوالي 5 ساعات. بعد اختفاء كافة DC سلالم، قم بإيقاف تشغيل إمداد التيار المباشر مدوار المبردة و MPTS، مقياس رقمي متعدد، اقتناء البيانات متعددة الوظائف، وكاميرا الفيديو بدوره.</li>
</ol>5-معالجة البيانات
<ol><li>صورة شادووجراف<ol>
<li>استخدام برنامج Matlab لتحويل الفيديو سجلتها كاميرا الفيديو إلى صور متتالية لمزيد من التحليل. تفصيل هذه الصور لإبراز نمط التدفق داخل الصهريج. تعيين كثافة الصورة الرقمية كما (x, z)، حيث (x, z) يدل على الإحداثيات الأفقية والعمودية مع الأصل في الركن الأيمن السفلي من الصورة. ملاحظة تختلف أنا (x, z) على (0، 1) مع مستوى رمادي من 256. تطبيع كل صورة بصورة أساسية ك30 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq4.jpg">(4) حيث <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq5.jpg"> هو كثافة الصورة متوسط أكثر من 10 صور قبل التبريد والتسخين المطبق، <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq6.jpg"> يدل على شدة طال صورة. وبهذه الطريقة، يمكن إزالة العيوب الثابتة في الصور. بغية دراسة تطور نمط DC الزمانية، يمكن تحويل كل صورة إلى ملف تعريف تقلب كثافة عمودية واحدة، <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> </img>، عن طريق حساب تقلبات كثافة الصورة (أي، الجذر-يعني-ساحة لكثافة) على طول اتجاه أفقي <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> </img>. ارسم ملامح تقلب كثافة <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> من الصور المتعاقبة جنبا إلى جنب مع زيادة الوقت إظهار تطورات سلالم DC.</li>
	</ol>
</li>
	<li>التشكيلات الجانبية لدرجة الحرارة والملوحة<ol>
<li>ملاحظة في هذه التجربة لمحات الرأسي لدرجات الحرارة والملوحة من السوائل العمل تقاس مسكتي يتحرك من أعلى إلى أسفل. حساب ارتفاع الزمانية، h(t)، من مسكتي مع الوسط تتحرك w السرعة، الزمن t، وانطلاق الوقت t0 (المقابلة لموقف أدنى)، ح موقف أدنىل وأعلى موقف حح، كما <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq8.jpg">(5) حيث <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq9.jpg"> مسكتي يتحرك فترة من أدنى موقف (أدنى) (أعلى) إلى أعلى، n و δ هي أجزاء لا يتجزأ وكسور، على التوالي. ثم حساب h(t) ارتفاع الزمانية <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq10.jpg">(6) ملاحظة في المعادلة (6)، وإذا كان n حتى، مسكتي يسير؛ إلا مسكتي تتحرك لأسفل. ارسم الوقت سلسلة من درجات الحرارة T(t) والملوحة S(t) من حيث الارتفاع h(t) للحصول على ملفات التعريف العمودي درجة الحرارة والملوحة.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Buoyancy Effects in Fluids. , 367 (1973).</li><li>Schmitt, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+diffusion+in+oceanography.">Double diffusion in oceanography.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 26, 255-285 (1994).</li><li>Turner, J. S., Gustafson, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+motions+and+compositional+gradients+produced+by+crystallization+or+melting+at+vertical+boundaries.">Fluid motions and compositional gradients produced by crystallization or melting at vertical boundaries.</a> Journal of Volcanology and Geothermal Research. 11, 9S125 (1981).</li><li>Robb, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to Ore-forming Processes. , 373 (2004).</li><li>Chabrier, G., Baraffe, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transport+in+giant+(exo)planets:+a+new+perspective.">Heat transport in giant (exo)planets: a new perspective.</a> The Astrophysical Journal Letters. 661, 81-84 (2007).</li><li>Langlois, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buoyancy-driven+flows+in+crystal-growth+melts.">Buoyancy-driven flows in crystal-growth melts.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 17, 191 (1985).</li><li>Chen, C. -. F., Johnson, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-diffusive+convection:+A+report+on+an+engineering+foundation+conference.">Double-diffusive convection: A report on an engineering foundation conference.</a> Journal of Fluid Mechanics. 138, 405-416 (1984).</li><li>Griffiths, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Layered+double-diffusive+convection+in+porous+media.">Layered double-diffusive convection in porous media.</a> Journal of Fluid Mechanics. 102, 221-248 (1981).</li><li>You, Y. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+global+ocean+climatological+atlas+of+the+Turner+angle:+implications+for+double-diffusion+and+water-mass+structure.">A global ocean climatological atlas of the Turner angle: implications for double-diffusion and water-mass structure.</a> Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 49, 2075-2093 (2002).</li><li>Kelley, D. E., Fernando, H. J. S., Gargett, A. E., Tanny, J., Ozsoy, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+diffusive+regime+of+double+diffusive+convection.">The diffusive regime of double diffusive convection.</a> Progress in Oceanography. 56, 461-481 (2003).</li><li>Timmermans, M. L., Toole, J., Krishfield, R., Winsor, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ice-Tethered+Profiler+observations+of+the+double-diffusive+staircase+in+the+Canada+Basin+thermocline.">Ice-Tethered Profiler observations of the double-diffusive staircase in the Canada Basin thermocline.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 113, 1-10 (2008).</li><li>Zhou, S. Q., Lu, Y. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+double+diffusive+convection+steps+and+heat+budget+in+the+deep+Arctic+Ocean.">Characterization of double diffusive convection steps and heat budget in the deep Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (12), 6672-6686 (2013).</li><li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+melting+of+ice+in+the+arctic+ocean:+The+influence+of+double-diffusive+transport+of+heat+from+below.">The melting of ice in the arctic ocean: The influence of double-diffusive transport of heat from below.</a> Journal of Physical Oceanography. 40, 249-256 (2010).</li><li>Neal, V. T., Neshyba, S., Denner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stratification+in+the+Arctic+Ocean.">Thermal stratification in the Arctic Ocean.</a> Science. 166 (3903), 373-374 (1969).</li><li>Padman, L., Dillon, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+heat+fluxes+through+the+Beaufort+Sea+thermohaline+staircase.">Vertical heat fluxes through the Beaufort Sea thermohaline staircase.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 92 (C10), 10799-10806 (1987).</li><li>Sirevaag, A., Fer, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+heat+transfer+in+the+Arctic+Ocean:+The+role+of+double-diffusive+mixing.">Vertical heat transfer in the Arctic Ocean: The role of double-diffusive mixing.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 117 (C7), (2012).</li><li>Guthrie, J. D., Fer, I., Morison, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observational+validation+of+the+diffusive+convection+flux+laws+in+the+Amundsen+Basin,+Arctic+Ocean.">Observational validation of the diffusive convection flux laws in the Amundsen Basin, Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 120 (12), 7880-7896 (2015).</li><li>Bebieva, Y., Timmermans, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+examination+of+double-diffusive+processes+in+a+mesoscale+eddy+in+the+Arctic+Ocean.">An examination of double-diffusive processes in a mesoscale eddy in the Arctic Ocean.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (1), 457-475 (2016).</li><li>Shibley, N. C., Timmermans, M. L., Carpenter, J. R., Toole, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+variability+of+the+Arctic+Ocean's+double-diffusive+staircase.">Spatial variability of the Arctic Ocean's double-diffusive staircase.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 122 (2), 980-994 (2017).</li><li>Schmid, M., Busbridge, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-diffusive+convection+in+Lake+Kivu.">Double-diffusive convection in Lake Kivu.</a> Limnology and Oceanography. 55 (1), 225-238 (2010).</li><li>Sommer, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interface+structure+and+flux+laws+in+a+natural+double-diffusive+layering.">Interface structure and flux laws in a natural double-diffusive layering.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 118 (11), 6092-6106 (2013).</li><li>Carpenter, J. R., Sommer, T., W&#252;est, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulations+of+a+double-diffusive+interface+in+the+diffusive+convection+regime.">Simulations of a double-diffusive interface in the diffusive convection regime.</a> Journal of Fluid Mechanics. 711, 411-436 (2012).</li><li>Flanagan, J. D., Lefler, A. S., Radko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transport+through+diffusive+interfaces.">Heat transport through diffusive interfaces.</a> Geophysical Research Letters. 40 (10), 2466-2470 (2013).</li><li>Radko, T., Flanagan, J. D., Stellmach, S., Timmermans, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-diffusive+recipes.+Part+II:+Layer-merging+events.">Double-diffusive recipes. Part II: Layer-merging events.</a> Journal of Physical Oceanography. 44 (5), 1285-1305 (2014).</li><li>Scheifele, B., Pawlowicz, R., Sommer, T., W&#252;est, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+Double+diffusion+in+saline+Powell+Lake,+British+Columbia."> Double diffusion in saline Powell Lake, British Columbia.</a> Journal of Physical Oceanography. 44 (11), 2893-2908 (2014).</li><li>Guo, S. X., Zhou, S. Q., Qu, L., Lu, Y. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+experiments+on+diffusive+convection+layer+thickness+and+its+oceanographic+implications.">Laboratory experiments on diffusive convection layer thickness and its oceanographic implications.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 121 (10), 7517-7529 (2016).</li><li>Guo, S. X., Cen, X. R., Zhou, S. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+parametrization+for+heat+transport+through+diffusive+convection+interface.">New parametrization for heat transport through diffusive convection interface.</a> Journal of Geophysical Research: Oceans. 123 (2), 1327-1338 (2018).</li><li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+coupled+turbulent+transports+of+salt+and+heat+across+a+sharp+density+interface.">The coupled turbulent transports of salt and heat across a sharp density interface.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 8 (5), 759-767 (1965).</li><li>Hill, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+density+gradients+in+general+domains:+the+&amp;#34;two-tank&amp;#34;+method+revisited.">General density gradients in general domains: the &amp;#34;two-tank&amp;#34; method revisited.</a> Experiments in Fluids. 32 (4), 434-440 (2002).</li><li>Zhou, S. Q., Ahlers, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+chaos+in+electroconvection+of+a+homeotropically+aligned+nematic+liquid+crystal.">Spatiotemporal chaos in electroconvection of a homeotropically aligned nematic liquid crystal.</a> Physical Review E. 74 (4), 046212 (2006).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

في هذه الورقة هو وصف بروتوكول تجريبي مفصلة لمحاكاة هياكل الدرج DC المتأثر في خزان مستطيل. هي التي شيدت الطبقات كثافة خطي أولى للسائل العامل باستخدام الأسلوب الثاني للدبابات. يتم الاحتفاظ باللوحة العلوية في درجة حرارة ثابتة وواحدة أسفل في تدفق الحرارة المستمرة. عملية تطور كل من الدرج العاص?...

المزدوج الحراري انتشارية (DDC) واحدة من أهم العمليات خلط الرأسي. يحدث عندما تسيطر التدرجات مكونات مفردة اثنين أو أكثر من اتجاهين متعاكسين، التي يكون فيها المكونات اختلافاً ديفوسيفيتيس الجزيئية1توزيع الكثافة العمودية لعمود المياه الطبقية. فإنه يحدث على نطاق واسع في علوم المحيطات2الغلاف الجوي3، الجيولوجيا4، والفيزياء الفلكية5، علم المواد6، والمعادن7، و الهندسة المعمارية8. DDC موجود في ما يقرب من نصف المحيط العالمي، ولها آثار هامة على المحيطات مقياس متعدد العمليات والتغيرات المناخية حتى9.
هناك وضعان الأولية ل DDC: الملح الإصبع (SF) وانتشارية الحراري (DC). سادس يحدث عندما الماء الحار والمالح الخازنة الجماهيري المياه الأكثر برودة، وأعذب في بيئة طبقية. عند المياه الحارة والمالحة تقع تحت الماء البارد والطازج، وستشكل وحدة تحكم المجال DC. ميزة رائعة من وحدة تحكم المجال DC أن درجة الحرارة والملوحة والكثافة من رأسية مثل الدرج، تتألف من التيرنانت متجانسة كونفيكتينج الطبقات والواجهات رقيقة، وطبقية بشدة. العاصمة يحدث أساسا في خطوط العرض المرتفعة المحيطات وبعض البحيرات المالحة الداخلية، مثل القطب الشمالي والقطب الجنوبي المحيطات، بحر أوخوتسك، والبحر الأحمر وبحيرة كيفو الأفريقية10. في المحيط المتجمد الشمالي، وتوجد سلالم DC على نطاق الحوض والمستمرة في11،العلوي وأعماق المحيطات12. له تأثير هام على ديابيكنال الاختلاط في المحيط العلوي، وقد تؤثر تأثيراً كبيرا الجليد الذوبان، الذي يثير مؤخرا مصالح أكثر وأكثر في المجتمع علوم البحار13.
كان أول من اكتشف هيكل الدرج DC في المحيط المتجمد الشمالي في عام 196914. وبعد ذلك، بادمان & ديلون15، تيمرمانز وآخرون. 11، سيريفاج & Fer16، تشو & لو12، غوثري وآخرون. بيبيفا & تيمرمانز18، 17وشبلي وآخرون. 19 تقاس سلالم DC في أحواض مختلفة من المحيط المتجمد الشمالي، بما في ذلك الرأسي وجداول أفقية لطبقة كونفيكتينج وواجهة، وعمق وسمك إجمالي من الدرج، نقل، عمليات DC في الحرارة العمودي الدوامة المتوسطة المدى والتغيرات الزمنية والمكانية لهياكل الدرج. شميد وآخرون. 20 وسومر et al. ولاحظ 21 سلالم DC باستخدام التعريف المجهرية في بحيرة كيفو. أنها أفادت بميزات الهيكل الرئيسي وتدفقات الحرارة من العاصمة ومقارنة تدفقات الحرارة المقاسة مع الصيغة حدودي الموجودة. مع تجهيز تحسين سرعة الكمبيوتر، المحاكاة العددية للعاصمة وقد أجريت مؤخرا، على سبيل المثال، دراسة الواجهة الهيكل وعدم الاستقرار، ونقل الحرارة من خلال واجهة، طبقة الحدث المندمجة، وذلك على22، 23 , 24.
وعززت المراقبة الميدانية إلى حد كبير فهم المحيطات DC لعلماء المحيطات، ولكن القياس بقوة محدودة من بيئات غير محدد التدفق المحيطي والصكوك. على سبيل المثال، واجهة العاصمة مقياس عمودي صغير للغاية، أرق من 0.1 متر في بعض البحيرات والمحيطات25، وهناك حاجة إلى بعض الصكوك ذات الدقة العالية الخاصة. وتبين التجربة المعملية مزاياه الفريدة في استكشاف القوانين الدينامية والدينامية الحرارية الأساسية للعاصمة. مع تجربة مختبرية، أحد مراقبة تطور الدرج DC، وقياس درجة الحرارة والملوحة، وتقترح بعض تيقنها لل26،التطبيقات المحيطية27. وعلاوة على ذلك، في تجربة مختبرية، المعلمات التي تسيطر عليها والشروط هي سهولة تعديلها كما هو مطلوب. على سبيل المثال، أولاً تيرنر محاكاة الدرج DC في المختبر في عام 1965، واقترحت تحديد المعايير والثوابت نقل حرارة عبر واجهة انتشارية، التي تم تحديثها بشكل متكرر وتستخدم على نطاق واسع في الملاحظات المحيطية في الموقع 28 .
في هذه الورقة، بروتوكول تجريبي مفصلة وصف لمحاكاة عملية تطور من الدرج العاصمة، بما في ذلك توليد وتطوير والاختفاء، في المياه المالحة طبقية ساخنة من أسفل. يتم قياس درجة الحرارة والملوحة بصك الحجم الصغير، فضلا عن سلالم DC التي يجري رصدها مع تقنية شادووجراف. ويرد في الإعداد التجريبية، عملية تطور، وتحليل البيانات، ومناقشة النتائج بالتفصيل. بتغيير الأولى وشروط الحدود، يمكن استخدام هذا الإعداد التجريبية وطريقة لمحاكاة الظواهر المحيطية الأخرى، مثل الحراري الأفقي المحيطية، الانفجارات الحرارية المائية في أعماق البحار، وتعميق الطبقة السطحية المختلطة، أثر الغواصة الطاقة الحرارية الأرضية في الدوران المحيطي، وهلم جرا.

<table><tbody><tr><td>Rectangular tank</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Plexiglas</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Electric heating pad</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Distilled water</td><td></td><td></td><td>Multiple suppliers</td></tr><tr><td>Optical table</td><td>Liansheng Inc.</td><td>MRT-P/B</td><td></td></tr><tr><td>Thermiostors</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Digital multimeter</td><td>Keithley Inc</td><td>Model 2700</td><td></td></tr><tr><td>Micro-scale conductivity and temperature instrument (MSCTI)</td><td>PME. Inc.</td><td>Model 125</td><td></td></tr><tr><td>Multifunction data acquisition (MDA)</td><td>MCC. Inc.</td><td>USB-2048</td><td></td></tr><tr><td>Motorized precision translation stage (MPTS)</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>Tracing paper</td><td></td><td></td><td>Multiple suppliers</td></tr><tr><td>LED lamp</td><td></td><td></td><td>Multiple suppliers</td></tr><tr><td>Camcorder</td><td>Sony Inc.</td><td>XDR-XR550</td><td></td></tr><tr><td>De-gassed fresh water</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Saline water</td><td></td><td></td><td>Custom made part</td></tr><tr><td>Flexible tube</td><td></td><td></td><td>Multiple suppliers</td></tr><tr><td>Electric magnetic stirrer&amp;nbsp;</td><td>Meiyingpu Inc.</td><td>MYP2011-100</td><td></td></tr><tr><td>Peristaltic pump</td><td>Zhisun Inc.</td><td>DDBT-201</td><td></td></tr><tr><td>Refrigerated circulator</td><td>Polyscience Inc.</td><td>Model 9702</td><td></td></tr><tr><td>Plastic soft tube</td><td></td><td></td><td>Multiple suppliers</td></tr><tr><td>Direct-current power supply</td><td>GE Inc.</td><td>GPS-3030</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks Inc.</td><td>R2012a</td><td></td></tr></tbody></table>

evolution of staircase structures in diffusive convection

انتشارية الحراري (DC) يحدث عند الرأسي طبقات يسيطر الكثافة اثنين يعارضان التدرجات العددية التي قد ديفوسيفيتيس الجزيئية اختلافاً واضحا، والتدرجات أكبر-وأصغر-الانتشارية العددية بالسلبية والإيجابية مساهمات لتوزيع كثافة، على التوالي. وحدة تحكم المجال DC يحدث في كثير من العمليات الطبيعية والتطبيقات الهندسية، على سبيل المثال، علم المحيطات والفيزياء الفلكية وعلم المعادن. في المحيطات، واحدة من أبرز سمات DC أن درجة الحرارة والملوحة من رأسية هيكل مثل الدرج، تتكون من خطوات متتالية مع طبقات سميكة من كونفيكتينج متجانسة وواجهات رقيقة والتدرج عالية نسبيا. وقد لوحظ في العديد من المحيطات، وخاصة في القطب الشمالي والقطب الجنوبي المحيطات، سلالم DC وتلعب دوراً هاما في دوران المحيطات والتغير المناخي. في المحيط المتجمد الشمالي، وتوجد سلالم DC على نطاق الحوض والمستمرة في العلوي وأعماق المحيطات. عملية DC له تأثير هام على ديابيكنال الاختلاط في المحيط العلوي وقد يؤثر بشكل كبير ذوبان الجليد السطحي. مقارنة بالقيود المفروضة على الملاحظات الميدانية، تبين التجربة المعملية ميزته الفريدة دراسة فعالية العمليات الدينامية والدينامية الحرارية في العاصمة، لأنه يمكن تعديل شروط الحدود والمعلمات التي تسيطر عليها تماما. هنا، بروتوكول مفصلة وصف لمحاكاة عملية تطور هيكل الدرج العاصمة، بما في ذلك توليد وتطوير والاختفاء، في خزان مستطيلة مليئة بالمياه المالحة طبقية. ويرد في الإعداد التجريبية، عملية تطور، وتحليل البيانات، ومناقشة النتائج بالتفصيل.

ويبين الشكل 1 التخطيطي للإعداد التجريبية. يتم وصف مكوناته في البروتوكول. وتظهر الأجزاء الرئيسية في الشكل 1a وخزان العمل المفصل هو مبين في الشكل 1 باء. ويبين الشكل 2 التغيرات في درجات الحرارة في الأسفل (تيب، المنحنى الأحم?...

Watch this Scientific Journal Video about Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection at JoVE.com

Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

انتشارية الحراري (DC) يحدث على نطاق واسع في العمليات الطبيعية والتطبيقات الهندسية، تتميز بمجموعة من السلالم مع طبقات كونفيكتينج متجانسة وواجهات طبقية. إجراء تجريبي وصف لمحاكاة عملية تطور هيكل الدرج العاصمة، بما في ذلك توليد وتطوير والاختفاء، في خزان مستطيل.

تطور الهياكل الدرج في الحمل الحراري انتشارية

Diffusive convection (DC) occurs when the vertical stratified density is controlled by two opposing scalar gradients that have distinctly different ...

evolution-of-staircase-structures-in-diffusive-convection

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Environment

6.4K Views.  Chinese Academy of Sciences. انتشارية الحراري (DC) يحدث على نطاق واسع في العمليات الطبيعية والتطبيقات الهندسية، تتميز بمجموعة من السلالم مع طبقات كونفيكتينج متجانسة وواجهات طبقية. إجراء تجريبي وصف لمحاكاة عملية تطور هيكل الدرج العاصمة، بما في ذلك توليد وتطوير والاختفاء، في خزان مستطيل.

Video: Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

الجيل الجليد وانتقال الحرارة والكتلة الظواهر من إدخال المياه إلى حمام الباردة من الماء المالح

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Engineering

Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180&#176; Curved Artery Test Section

The arterial network in the human vasculature comprises of ubiquitously present blood vessels with complex geometries (branches, curvatures and tortuosity). Secondary flow structures are vortical flow patterns that occur in curved arteries due to the combined action of centrifugal forces, adverse pressure gradients and inflow characteristics. Such flow morphologies are greatly affected by pulsatility and multiple harmonics of physiological inflow conditions and vary greatly in size-strength-shape characteristics compared to non-physiological (steady and oscillatory) flows 1 - 7.
Secondary flow structures may ultimately influence the wall shear stress and exposure time of blood-borne particles toward progression of atherosclerosis, restenosis, sensitization of platelets and thrombosis 4 - 6, 8 - 13. Therefore, the ability to detect and characterize these structures under laboratory-controlled conditions is precursor to further clinical investigations.
A common surgical treatment to atherosclerosis is stent implantation, to open up stenosed arteries for unobstructed blood flow. But the concomitant flow perturbations due to stent installations result in multi-scale secondary flow morphologies 4 - 6. Progressively higher order complexities such as asymmetry and loss in coherence can be induced by ensuing stent failures vis-&#224;-vis those under unperturbed flows 5. These stent failures have been classified as &#34;Types I-to-IV&#34; based on failure considerations and clinical severity 14.
This study presents a protocol for the experimental investigation of the complex secondary flow structures due to complete transverse stent fracture and linear displacement of fractured parts (&#34;Type IV&#34;) in a curved artery model. The experimental method involves the implementation of particle image velocimetry (2C-2D PIV) techniques with an archetypal carotid artery inflow waveform, a refractive index matched blood-analog working fluid for phase-averaged measurements 15 - 18. Quantitative identification of secondary flow structures was achieved using concepts of flow physics, critical point theory and a novel wavelet transform algorithm applied to experimental PIV data 5, 6, 19 - 26.

Stent implants in stenosed arterial curvatures are prone to "Type IV" failures involving the complete transverse fracture of stents and linear displacement of the fractured parts. We present a protocol for detection of secondary flow (vortical) structures in a curved artery model, downstream of clinically relevant "Type IV" stent failures.

التحقيق التجريبي للهياكل تدفق الثانوية المصب من الفشل نموذج النوع الرابع الدعامة في قسم اختبار 180 درجة الشريان منحني

The arterial network in the human vasculature comprises of ubiquitously present blood vessels with complex geometries (branches, curvatures and ...

Bioengineering

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of first injecting fluorescent dye directly into a pipe filled with distilled water and allowing it to diffuse across the cross-section of the pipe to obtain a uniformly distributed initial condition. Following this period, the laminar flow is activated with a programmable syringe pump to observe the competition of advection and diffusion of the tracer through the pipe. Asymmetries in the tracer distribution are studied and correlations between the pipe cross-section and the shape of the distribution is shown: thin channels (aspect ratio &#60;&#60; 1) produce tracers arriving with sharp fronts and tapering tails (front-loaded distributions), while thick channels (aspect ratio ~1) present the opposite behavior (back-loaded distributions). The experimental procedure is applied to capillary tubes of various geometries and is particularly relevant to microfluidic applications by dynamical similarity.

A protocol for the study of the diffusion of passive tracers in laminar pressure-driven flow is presented. The procedure is applicable to various capillary pipe geometries.

نشر تتبع الكامن في التدفق الصفحي القص

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the emergence of life. The growth of hydrothermal chimneys in a thermal gradient environment within an early Earth vent system was successfully simulated by using different hydrothermal simulants, such as sodium sulfide, which were injected into an early Earth ocean simulant containing dissolved ferrous iron. Moreover, an apparatus was developed to sufficiently cool the ocean simulant to near 0 &#176;C in a condenser vessel immersed in a cold water bath while injecting a sulfide solution at hot to room temperatures, effectively creating an artificial chimney structure in a temperature gradient environment over a period of a few hours. Such experiments with different chemistries and variable temperature&#160;gradients resulted in a variety of morphologies in the chimney structure. The use of ocean and hydrothermal fluid simulants at room temperature resulted in vertical chimneys, whereas the combination of a hot hydrothermal fluid and cold ocean simulant inhibited the formation of robust chimney structures. The customizable 3D printed condenser created for this study acts as a jacketed reaction vessel that can be easily modified and used by different researchers. It will allow the careful control of injection rate and chemical composition of vent and ocean simulants, which should help accurately simulate prebiotic reactions in chimney systems with thermal gradients similar to those of natural systems.

The goal of this protocol is to form simulated hydrothermal chimneys via chemical garden injection experiments and introduce a thermal gradient across the inorganic precipitate membrane, using a 3D printable condenser that can be reproduced for educational purposes.

محاكاة المداخن الحرارية المائية للأرض في وقت مبكر في بيئة الانحدار الحراري

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

ختم قابلة الطباعة وتصنيع الأسطح هيميويكينج

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

Thermocapillary Convection Space Experiment on the SJ-10 Recoverable Satellite

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary convection in an annular liquid pool is one of the 19 scientific experimental projects on the SJ-10 recoverable satellite. Presented is a design for a payload for space experimental study on thermocapillary convection that includes the experimental model, measurement system, and control system. The specifics for the construction of an experimental model of an annular liquid pool with variable volume ratios is provided. The fluid temperatures are recorded by six thermocouples with a high sensitivity of 0.05 &#176;C at different points. The temperature distributions on the liquid free surface are captured by means of an infrared thermal camera. The free surface deformation is detected by a displacement sensor with a high accuracy of 1 &#181;m. The experimental process is fully automated. The research is focused on thermocapillary oscillation phenomena on the liquid-free surface and convective pattern transitions through analyses of experimental data and images. This research will be helpful to understand the mechanism of thermocapillary convection and will offer further insights into the nonlinear characteristics, flow instability, and bifurcation transitions of thermocapillary convection.

A protocol for the space payload design, the space experiment on thermocapillary convection, and analyses of experimental data and images are presented in this paper.

تجربة فضائية الحمل الحراري الحراري الحراري على الساتل SJ-10 القابل للاسترداد

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary ...

Preparation of Free-Surface Hyperbolic Water Vortices

Free surface vortices are present in industry in flow regulation, energy dissipation, and energy generation. Although investigated extensively, detailed experimental data regarding free surface vortices are lacking, particularly regarding the turbulence at the interface. The present paper reports on a special type of free surface vortex first proposed by Walter Schauberger in the 1960s that has an oxygen volumetric mass transfer coefficient exceeding the value of similar systems. This special type of vortex forms in a hyperbolic funnel. Different stable regimes can be stabilized with different hydraulic characteristics. Other advantages of this technology are its energy efficiency, simple design, and scalability. The flow in this hyperbolic funnel is characterized by strong turbulence and an increased surface area of the air-water interface. The local pressure strongly varies along the surface, resulting in a pronounced wavey air-water boundary layer. Due to the helical flow, these perturbations move inward, pulling the boundary layer with them. The resultant pressure gradient draws a certain air volume into the water vortex. The construction of the basic hyperbolic funnel setup and operational examples, including high-speed visualization for three different stable regimes, are presented in this work.

This paper describes how three different water vortex regimes in a hyperbolic Schauberger funnel can be created, their most important characteristics, and how associated parameters such as the oxygen transfer rates can be calculated.

تحضير دوامات المياه الزائدية ذات السطح الحر

Free surface vortices are present in industry in flow regulation, energy dissipation, and energy generation. Although investigated extensively, detailed ...

Flow Visualization in a Water Tunnel: Observing the Leading-edge Vortex Over a Delta Wing

Source: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
The delta wing, shown in Figure 1D, is a popular design in high-speed airplanes due to its superb performance in transonic and supersonic flight regimes. This type of wing has a small aspect ratio and high sweep angle, which reduces drag at high subsonic, transonic and supersonic flight regimes. The aspect ratio is defined as the wing span divided by the average chord <img align="middle" src="/files/ftp_upload/10459/10459eq1a.jpg" />.
An important advantage of the delta wing is its high stall angle. The stall of a delta wing is delayed compared to the stall of a high aspect ratio wing. This is because the lift of a delta wing is enhanced by the leading-edge vortex over the wing.
An effective way to observe this vortex flow phenomenon and study the vortex breakdown in a delta wing is by visualizing the flow in a water tunnel. By injecting dye in the flow surrounding a model from dye ports on the leading-edge, the vortex development and breakdown can be observed and its position measured. The data can also be used to estimate the stall angle.
<img src="/files/ftp_upload/10459/10459fig1.jpg" />
Figure 1. Typical wing planform shapes: A) Rectangular, with constant chord along span, B) elliptical, C) tapered, with variable chord along the span, and D) delta wing, an aft-swept wing with zero taper ratio.

Flow in a Water Tunnel: Leading-edge Vortex over a Delta Wing

Source: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
The ...

Education

JoVE Science Education

Aeronautical Engineering

Steady, Laminar Flow Between Parallel Plates

Understanding steady, laminar flow between parallel plates is essential for analyzing and designing flow in narrow rectangular channels, commonly found in various water conveyance and drainage systems. The Navier-Stokes equations govern fluid motion and are generally challenging to solve due to their nonlinearity. However, simplifications are possible in certain cases, like the steady laminar flow between parallel plates. For this scenario, we assume steady, incompressible, laminar flow.
Considering two horizontal plates aligned along the x-axis and spaced a distance &#39;2h&#39; apart, with the y-axis perpendicular to the plates, fluid motion is assumed to be parallel. Here, the continuity equation indicates no change in velocity along the x-axis, and the Navier-Stokes equations reduce as follows:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/18063/18063_Equation_1.svg" style="text-align: center; height: 30px;" />
The equations in the y and z directions show no pressure gradient along these axes, indicating that pressure varies hydrostatically in the y-direction, allowing integration to yield:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/18063/18063_Equation_2.svg" style="text-align: center; height: 12px;" />
For parallel plates with a pressure gradient along the x-axis, the equation simplifies:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/18063/18063_Equation_3.svg" style="text-align: center; height: 30px;" />
By integrating twice and applying boundary conditions (u = 0 at y = +h and y = -h), we obtain:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/18063/18063_Equation_4.svg" style="text-align: center; height: 30px;" />
This expression reveals that the velocity profile across the gap between the plates is parabolic, with maximum velocity at y = 0, midway between the plates. The volumetric flow rate through a unit width of the plates is obtained by integrating the velocity profile across the gap.
Understanding laminar flow between parallel plates has practical applications in groundwater flow, wastewater treatment, and lubrication. For instance, this model can approximate flow in soil layers, where water moves between soil particles like flow between plates. Knowing the flow rate and velocity distribution helps engineers design efficient drainage systems and predict groundwater movement.

تدفق رقائقي ثابت بين الألواح المتوازية

Steady, laminar flow between two parallel plates describes fluid movement in a narrow, confined channel, often used to model simple fluid systems.
For ...

JoVE Core

Civil Engineering

Unit 1

Differential Analysis of Fluid Flow

KEY TERMS AND CONCEPTS

Steady, Laminar Flow in Circular Tubes

Hagen-Poiseuille flow describes a viscous fluid&#39;s steady, incompressible flow through a cylindrical tube with a constant radius R. This flow profile is often applied to understand fluid transport in narrow channels, such as capillaries. It serves as a foundational example of laminar flow. In this model, cylindrical coordinates (r,&#952;,z) are used to describe the radial (r), angular (&#952;), and axial (z) dimensions within the tube. For Hagen-Poiseuille flow, the velocity profile is purely axial, meaning the velocity vector points only along the z-axis and varies solely with the radial distance r from the center of the tube.
The governing equations for fluid motion, the Navier-Stokes equations, simplify under these conditions. Without angular or radial velocity components, the axial velocity vz(r) emerges as a function of r alone. Solving the reduced Navier-Stokes equations yields a parabolic velocity profile:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/18065/18065_Equation 1.svg" style="text-align: center; height: 27px;" />
This profile demonstrates that viscous drag decreases the fluid velocity from the maximum at the center to zero at the tube wall. This zero velocity at the boundary, known as the no-slip condition, results from the friction between the fluid and the tube wall. Consequently, the flow is laminar, with fluid particles moving in parallel layers without lateral mixing.
Integrating the velocity profile over the cross-sectional area of the tube yields the volumetric flow rate Q, known as Poiseuille&#39;s law:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/18065/18065_Equation 2.svg" style="text-align: center; height: 27px;" />
Where &#916;P is the pressure difference across the length L &#160;of the tube, and &#956; is the fluid&#39;s dynamic viscosity. This relation shows that Q is highly sensitive to the tube&#39;s radius, increasing with the fourth power of R. It follows that even a slight increase in radius significantly boosts the flow rate, a principle critical in fluid transport applications.
From Poiseuille&#39;s law, the mean velocity V of the fluid can be expressed as:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/18065/18065_Equation 3.svg" style="text-align: center; height: 27px;" />
This average velocity is precisely half of the maximum velocity at the tube&#39;s center, confirming the parabolic velocity distribution and demonstrating the predictable, layered nature of laminar flow in a cylindrical tube.

تدفق رقائقي ثابت في أنابيب دائرية

Consider steady, incompressible flow through a straight cylindrical tube of constant radius R, known as Hagen&#8211;Poiseuille flow.
The cylindrical ...