Este trabalho foi financiado pelo subsídios chineses NSF (41706033, 91752108 e 41476167), subsídios de Guangdong NSF (2017A030313242 e 2016A030311042) e concessão LTO (LTOZZ1801).

1. funcionamento do tanque
Nota: O experimento é realizado em um tanque retangular. O tanque inclui placas superior e inferior e uma parede lateral. As placas superior e inferior são feitas de cobre com superfícies galvanizadas. Há uma câmara de água dentro da placa superior. Uma almofada de aquecimento elétrico é inserida na placa inferior. A parede lateral é feita de acrílico transparente. O tamanho do tanque é Lx = 257 mm (comprimento), Ly = 65 mm (largura) e Lz = 257 mm (altura). A espessura da parede lateral é de 9,5 mm.
<ol><li>Limpe as placas de cobre e a parede lateral de Plexiglas cuidadosamente com água destilada.</li>
	<li>Monte o tanque com parafusos para assegurar que o tanque está estanque.</li>
	<li>Configurar um frame de aço inoxidável apoio (altura de 150 mm) em uma mesa de óptica e consertar o tanque acima do quadro com uma laje de isolante no meio, o que limita a fuga de calor do tanque de trabalho para a mesa.</li>
	<li>Inserir três termistores (estabilidade de temperatura de 0,01 ° C) em cada placa e conectá-los a um multímetro digital. Observe que estes termistores são usados para monitorar as temperaturas das placas superior e inferior.</li>
	<li>Coloque um Micro escala de condutividade e temperatura instrumento (MSCTI) dentro do tanque e conectá-lo a uma aquisição de dados multifuncional (MDA). Corrigi o MSCTI para um estágio da tradução precisão motorizado (MPTS). Nota: Observe que o MSCTI pode ser movida acima e para baixo pela verticalmente em movimento, para que sejam alcançados os perfis de temperatura e salinidade do fluido de trabalho. Aqui, o MSCTI tem estabilidade de temperatura de estabilidade de 0,01 ° C e salinidade de 1%. O MPTS tem precisão posicional de 0,005 mm.</li>
	<li>Defina os parâmetros em programas de software correspondente do multímetro Digital e a aquisição de dados multifuncional, tais como taxas de amostragem, canais de aquisição de dados e caminhos de armazenamento. Aqui, defina as taxas de amostragem de multímetro digital e a aquisição de dados multifuncional como 1.0 e 128 Hz, respectivamente.</li>
	<li>Defina os parâmetros em movimento no programa de software das MPTS, incluindo a posição inicial, as posições mais baixas e mais altas, se movendo a velocidade e aceleração, do MSCTI. Aqui, definir a velocidade e a aceleração em movimento como 1 mm/s e 0,5 mm/s2e definir as posições mais baixas e mais altas como 20 e 220 mm acima da placa de fundo. Isto leva a um período de tempo das MPTS de 404 s para uma medição de cima para baixo. Defina a posição inicial do MSCTI a posição mais baixa.</li>
	<li>Manter a temperatura quase constante em torno de 24 ° C com dois condicionadores de ar de alta potência (trabalho de 3000 W de potência).</li>
</ol>2. óptico aparelho
Nota: Durante o experimento, a evolução da escada DC iria ser monitorizada com a técnica de shadowgraph, que é cumprida com os passos seguintes
<ol><li>Prenda um pedaço de papel vegetal (25,7 x 25,7 cm) do lado de fora do tanque.</li>
	<li>Use uma lâmpada de LED de feixe estreito como a fonte de luz. Coloque a fonte de luz uns 5 metros longe do outro lado do tanque, para que uma luz colimada quase pode ser gerada. Note-se que, durante o experimento, o DC em camadas de fluido estrutura iluminada no papel vegetal por causa da mudança de densidade (correspondente à alteração do índice de refração) do fluido.</li>
	<li>Coloca uma câmara de vídeo de alta velocidade do mesmo lado do papel vegetal. É cerca de 1 m longe do tanque, para que as estruturas em camadas com o tanque Full-size podem ser gravadas.</li>
	<li>Defina a taxa de amostragem da filmadora. Observe que a taxa de amostragem deve ser adequada para capturar os detalhes das evoluções escadaria. Aqui, a taxa de amostragem da filmadora é de 25 Hz.</li>
	<li>Ligue a lâmpada e a filmadora e ajustar um pouco suas poções e distâncias garantir imagens nítidas e que pode ser capturados pela câmara de vídeo.</li>
</ol>3. o fluido de trabalho
<ol><li>Prepare as águas salinas e frescas em dois tanques.<ol>
<li>Junte-se a dois tanques retangulares idênticos (tanque A e tanque B) por um tubo flexível (10 cm de comprimento, diâmetro interno de 6 mm e 10 mm de diâmetro exterior) da parte inferior de cada um.</li>
		<li>Tanque de preenchimento A com água salina, sua concentração em massa de sal (ou seja, salinidade) é 60 g/kg neste exemplo.</li>
		<li>Encha o tanque B com igual volume de água fresca de intoxicar e usar um agitador magnético elétrico para homogeneizar continuamente o fluido.</li>
		<li>Manter a temperatura inicial do fluido dentro ambos os tanques igual a temperatura de quarto (24 ° C).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Estabelece a estratificação de densidade linear no tanque de trabalho.<ol>
<li>Use o método duplo-tanque29 para estabelecer uma estratificação inicial linear da água salina no tanque de trabalho.</li>
		<li>Coloque o tanque A e B à mesma altura, que é 30 cm mais alto que o tanque de trabalho. Junte-se a depósito B e o tanque de trabalho com outro tubo flexível (50 cm de comprimento, 2 mm de diâmetro interno e 5 mm de diâmetro externo) de seus fundos. Devido à diferença de pressão do fluido nos dois tanques, o fluido no tanque B pode ser injetado lentamente no tanque de trabalho.</li>
		<li>Controlar a velocidade de fluxo com uma bomba peristáltica em 0,45 mL/s. nota o tempo todo de enchimento de água para o tanque de trabalho é de aproximadamente 3 h. calcule a salinidade na parte inferior do tanque de trabalho baseada em29 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq1.jpg">(1) onde SA, V e V0 são salinidade do tanque A, o volume de líquido final do tanque trabalho e o volume de líquido inicial do tanque A (ou B), respectivamente. Usando a salinidade na parte inferior SB e a água fresca no topo, é a frequência de flutuabilidade da estratificação inicial N0 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq2.jpg">(2) onde g é a aceleração gravitacional, ρ0 é referência de densidade e β é o coeficiente de contração de salinidade. Nota o N0 é calculada como 1.14 rad/s neste exemplo.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. executando o experimento
<ol><li>Defina as condições de contorno para o tanque de trabalho.<ol>
<li>Ligue a câmara de água da placa superior a um circulador refrigerado com oito tubos macios plásticos uniformemente distribuídos (150 cm de comprimento, 10 mm de diâmetro interno e 15 mm de diâmetro externo). Note-se que a temperatura da placa superior depende da temperatura do circulador refrigerado. Regule a temperatura da placa superior para ser o mesmo que a temperatura de quarto (24 ° C).</li>
		<li>Conecte a almofada de aquecimento elétrico dentro da placa de fundo para uma fonte de corrente contínua. Nota um fluxo constante de calor é fornecida para o fluido de trabalho durante esta experiência, que é calculada como <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq3.jpg">(3) onde U, R e à voltagem fornecida, resistência elétrica e a área eficaz do aquecimento elétrico da almofada, respectivamente. Neste exemplo, a resistência e a área eficaz são 44,12 ohm e 1.89 × 10-2 m2. Defina a tensão fornecida como 60 V, para que o calor total do fluxo Fh é 4317 W/m2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ligue a câmara a gravar o padrão de fluxo.</li>
	<li>Ligue o multímetro Digital, aquisição de dados multifuncional para monitorar a temperatura das placas superior e inferior da temperatura e salinidade do fluido usando o MSCTI.</li>
	<li>Ligue o MPTS para mover o MSCTI acima e para baixo para alcançar os perfis de temperatura e salinidade do fluido de trabalho.</li>
	<li>Liga o circulador refrigerado e o fornecimento de corrente contínua para atingir as condições de contorno superior e inferior do fluido de trabalho. Nota: Nota que o experimento todo experimentará a geração, desenvolvimento, aproximação e desaparecimento da escada DC, e vai durar cerca de 5 horas. Após o desaparecimento de todas as escadarias de DC, desligue a fonte de corrente contínua, circulador refrigerado, MPTS, multímetro Digital, aquisição de dados multifuncional e filmadora por sua vez.</li>
</ol>5. processamento de dados
<ol><li>Imagem de shadowgraph<ol>
<li>Use um programa Matlab para converter o vídeo gravado pela câmara de vídeo de imagens sucessivas para posterior análise. Adaptar essas imagens para acentuar o padrão de fluxo dentro do tanque. Defina a intensidade da imagem digital como eu (x, z), onde (x, z) denota as coordenadas horizontais e verticais com origem no canto inferior esquerdo da imagem. Observe que (x, z) varia ao longo (0, 1) com nível de cinza de 256. Normalizar a cada imagem por uma imagem de fundo como30 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq4.jpg">(4) onde <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq5.jpg"> acabou a intensidade média imagem 10 imagens tiradas antes da refrigeração e aquecimento sendo aplicada, <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq6.jpg"> denota a intensidade da primeira imagem deth . Desta forma, os defeitos fixos nas imagens podem ser removidos. A fim de examinar a evolução temporal de padrão de DC, cada imagem pode ser convertida em um perfil de flutuação de intensidade vertical único, <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> </img>, calculando-se a flutuação de intensidade de imagem (ou seja, root-mean-square de intensidade) ao longo do direção horizontal <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> </img>. Traçar os perfis de flutuação de intensidade <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg"> das sucessivas imagens juntamente com o aumento de tempo para mostrar as evoluções das escadas DC.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Perfis de temperatura e salinidade<ol>
<li>Observe, neste experimento, os perfis verticais de temperatura e salinidade do fluido de trabalho são medidos pelo MSCTI em movimento cima-baixo. Calcular a altura de temporal, h, do MSCTI com a média em movimento velocidade w tempo t, a partida tempo t0 (correspondente a posição mais baixa), a mais baixa posição hL e mais alta posição hH, como <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq8.jpg">(5) onde <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq9.jpg"> é o MSCTI mover período de (mais alta) para o mais alto (mais baixa) na posição mais baixa, n e δ são as partes integrais e fracionárias, respectivamente. Em seguida, calcule a altura temporal h como <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq10.jpg">(6) Nota na equação (6), se n for par, o MSCTI está se movendo caso contrário, o MSCTI está descendo. Sinopse o tempo temperatura série T(t) e S(t) de salinidade em termos de altura h, para obter os perfis verticais de temperatura e salinidade.</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>

Os autores não têm nada para divulgar.

Neste trabalho um protocolo experimental pormenorizado é descrito para simular as estruturas de escadaria termoalina DC em um tanque retangular. Uma estratificação de densidade linear inicial do fluido de trabalho é construída usando o método de dois-tanque. A placa superior deve é mantida a uma temperatura constante e a de baixo no fluxo de calor constante. O processo de evolução toda da escada DC, incluindo a sua geração, desenvolvimento, aproximação e desaparecimento, são visualizados com a técnica de s...

Convecção difusiva dupla (DDC) é um dos mais importantes processos de misturando verticais. Ocorre quando a distribuição de densidade vertical da coluna de água estratificada é controlada por dois ou mais gradientes de componentes escalares de direções opostas, onde os componentes têm distintamente diferentes difusividades molecular1. Amplamente ocorre em Oceanografia2, da atmosfera3, geologia4, astrofísica5, ciência material6, metalurgia7e engenharia arquitetura8. DDC está presente em quase metade do oceano global, e tem efeitos importantes sobre processos oceânicos multi-escala e mudanças climáticas até9.
Há dois modos principais de DDC: sal dedo (SF) e convecção difusiva (DC). SF ocorre quando uma água quente e salgada massa overlies água mais fresca, mais fresca no ambiente estratificado. Quando a água quente e salgada encontra-se abaixo da água fria e fresca, a DC irá formar. A característica notável da DC é que os perfis verticais de temperatura, salinidade e densidade são semelhantes a escadaria, composta por alternant homogênea convectando por camadas e interfaces finas, fortemente estratificadas. DC ocorre principalmente em oceanos de latitude alta e alguns lagos de sal interiores, tais como o Ártico e Antártico oceanos, o mar de Okhotsk, mar vermelho e Africano Lago Kivu10. No Oceano Ártico, existem escadas de DC toda a bacia e persistentes nos oceanos profundos e superior11,12. Tem um efeito importante na diapycnal de mistura no oceano superior e pode influenciar significativamente o gelo-derretimento, que recentemente desperta interesses cada vez mais na Comunidade oceanografia13.
A estrutura de escada DC foi descoberta no Oceano Ártico em 196914. Depois disso, Pantoja & Dillon15, Timmermans et al. 11, Sirevaag & Fer16, Zhou & Lu12, Guthrie et al. 17, Bebieva & Timmermans18e Shibley et al. 19 medido as escadarias de DC em diferentes bacias do Oceano Ártico, incluindo vertical e horizontais escamas da camada convectivo e interface, a profundidade e a espessura total da escada, transferência, os processos de DC em de calor vertical eddy de mesoescala e as mudanças temporais e espaciais das estruturas escadaria. Silva et al. 20 e Sommer et al 21 observadas as escadarias DC usando um gerador de perfil de microestrutura no Lago Kivu. Eles relataram as características principais da estrutura e fluxos de calor de DC e comparado os fluxos de calor medidos com a fórmula paramétrica existente. Com computador melhorando de velocidades de processamento, as simulações numéricas de DC recentemente tem sido feitas, por exemplo, para examinar a interface estrutura e instabilidade, transferência de calor através de interface, camada evento se fundem e assim por diante22, 23 , 24.
Observações de campo tem bastante reforçada a compreensão do oceano DC para oceanógrafos, mas a medição é fortemente limitada por instrumentos e ambientes de fluxo oceânica indeterminado. Por exemplo, a interface de DC tem uma escala vertical extremamente pequena, mais fino do que 0,1 m em alguns lagos e oceanos,25, e são necessários alguns instrumentos especiais de alta resolução. O experimento de laboratório mostra suas vantagens exclusivas em explorar as leis fundamentais da dinâmicas e termodinâmicas de DC. Com uma experiência de laboratório, um pode observar a evolução da escada DC, medir a temperatura e salinidade e propor algumas parametrizações para as aplicações da oceanic26,27. Além disso, em um experimento de laboratório, os parâmetros controlados e condições são facilmente ajustadas conforme necessário. Por exemplo, Turner primeiro simulado a escadaria de DC no laboratório em 1965 e propôs uma parametrização de transferência de calor através da interface difusiva, que foi atualizada com frequência e usada extensivamente em situ oceânica observações28 .
Neste trabalho, um protocolo experimental pormenorizado é descrito para simular o processo de evolução da escada DC, incluindo a geração, desenvolvimento e desaparecimento, em estratificada água salina aquecida por baixo. A temperatura e a salinidade são medidos por um instrumento de micro escala, bem como as escadarias de DC, sendo monitorizadas com a técnica de shadowgraph. A instalação experimental, processo de evolução, análise de dados e discussão dos resultados são descritos em detalhe. Alterando a inicial e as condições de contorno, a actual configuração experimental e o método podem ser usados para simular outros fenômenos oceânicos, tais como as áreas de convecção oceânica horizontal erupções hidrotermais em alto mar, misto de camada superficial aprofundamento, o efeito de Submarino geotérmico na circulação oceânica e assim por diante.

<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

Convecção difusiva (DC) ocorre quando o vertical estratificada densidade é controlada por dois opostos gradientes escalares que têm distintamente diferentes difusividades moleculares, e gradientes de escalar os maiores e menores-difusividade tem negativo e positivo contribuições para a distribuição de densidade, respectivamente. O DC ocorre em muitos processos naturais e aplicações de engenharia, por exemplo, a oceanografia, a astrofísica e a metalurgia. Nos oceanos, uma das características mais notáveis da DC é que os perfis verticais de temperatura e salinidade são estrutura de escada, composta por etapas consecutivas com camadas espessas de convecção homogêneas e interfaces relativamente finas e alta-gradiente. As escadarias de DC tem sido observadas em muitos oceanos, especialmente no Ártico e Antártico oceanos e desempenham um papel importante na circulação oceânica e alterações climáticas. No Oceano Ártico, existem escadas de DC toda a bacia e persistentes nos oceanos profundos e superiores. O processo de DC tem um efeito importante na diapycnal de mistura no oceano superior e pode influenciar significativamente o superfície derretimento de gelo. Comparado com as limitações de observações de campo, experiência laboratorial mostra sua vantagem exclusiva para examinar eficazmente os processos dinâmicos e termodinâmicos em DC, porque as condições de contorno e os parâmetros controlados estritamente regulável. Aqui, um protocolo detalhado é descrito para simular o processo de evolução da estrutura de escada DC, incluindo a sua geração, desenvolvimento e desaparecimento, num tanque Retangular preenchido com água salina estratificada. A instalação experimental, processo de evolução, análise de dados e discussão dos resultados são descritos em detalhe.

A Figura 1 mostra o esquema da instalação experimental. Seus componentes são descritos no protocolo. As peças principais são mostradas na Figura 1a e o tanque de trabalho detalhado é mostrado na Figura 1b. A Figura 2 mostra as mudanças de temperatura na base (T,b, a curva vermelha) e placas de topo (T,t, a curva preta). É indicado que a temperatura das duas placas são quas...

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

Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

Convecção difusiva (DC) ocorre amplamente em processos naturais e aplicações de engenharia, caracterizadas por uma série de escadarias com camadas convectivo homogêneas e interfaces estratificadas. Um procedimento experimental é descrito para simular o processo de evolução da estrutura de escada de DC, incluindo a geração, desenvolvimento e desaparecimento, em um tanque retangular.

Evolução das estruturas de escadaria em convecção difusiva

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 visualizações.  Chinese Academy of Sciences. Convecção difusiva (DC) ocorre amplamente em processos naturais e aplicações de engenharia, caracterizadas por uma série de escadarias com camadas convectivo homogêneas e interfaces estratificadas. Um procedimento experimental é descrito para simular o processo de evolução da estrutura de escada de DC, incluindo a geração, desenvolvimento e desaparecimento, em um tanque retangular.

Vídeo: 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.

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

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 ...

Engenharia

Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse the effective direction of gravity, and accelerate the lighter fluid toward the denser fluid. Other authorse.g. 4,5,6 have separated a gravitationally unstable stratification with a barrier that is removed to initiate the flow. However, the parabolic initial interface in the case of a rotating stratification imposes significant technical difficulties experimentally. We wish to be able to spin-up the stratification into solid-body rotation and only then initiate the flow in order to investigate the effects of rotation upon the Rayleigh-Taylor instability. The approach we have adopted here is to use the magnetic field of a superconducting magnet to manipulate the effective weight of the two liquids to initiate the flow. We create a gravitationally stable two-layer stratification using standard flotation techniques. The upper layer is less dense than the lower layer and so the system is Rayleigh-Taylor stable. This stratification is then spun-up until both layers are in solid-body rotation and a parabolic interface is observed. These experiments use fluids with low magnetic susceptibility, |&#967;| ~ 10-6 - 10-5, compared to a ferrofluids. The dominant effect of the magnetic field applies a body-force to each layer changing the effective weight. The upper layer is weakly paramagnetic while the lower layer is weakly diamagnetic. When the magnetic field is applied, the lower layer is repelled from the magnet while the upper layer is attracted towards the magnet. A Rayleigh-Taylor instability is achieved with application of a high gradient magnetic field. We further observed that increasing the dynamic viscosity of the fluid in each layer, increases the length-scale of the instability.

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

Magneticamente induzida Rotating Rayleigh-Taylor Instabilidade

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

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.

Investigação Experimental de Estruturas de fluxo secundário a jusante de uma falha Modelo Tipo IV Stent em uma seção de teste de 180 ° Curved Artéria

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

Bioengenharia

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.

A difusão dos marcadores passivos em fluxo Laminar da tesoura

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.

Simulação das primeiras chaminés hidrotérmicas da Terra em um ambiente de gradiente térmico

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

Ambiente

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.

Impressão do selo escalável e fabricação de superfícies de Hemiwicking

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.

Experimento espacial de convecção termocapilar no satélite recuperável SJ-10

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.

Preparação de Vórtices de Água Hiperbólica de Superfície Livre

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

Visualização de fluxo em um túnel de água: observando o vórtice de ponta sobre uma asa delta

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

Engenharia Aeronáutica

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.

Fluxo laminar constante entre placas paralelas

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