稳定分层流密度界面处湍流混合与分形结构

摘要：

采用室内混合箱研究稳定分层流(上层淡水、下层盐水)无剪切密度界面处的湍流混合与分形结构.湍流通过浸没在盐水层中的振动格栅产生,密度界面结构通过在盐水层中添加荧光剂或染料可视化,共进行12组实验.实验观测并记录了:(1)淡、盐水密度界面距混合箱底部的平均高程(h):(2)淡、盐水层的密度(ρ0,ρ),(3)淡、盐水密度界面.其中,淡、盐水密度界面通过照片、录像进行记录.观测结果用于计算:(1)盐水层密度;(2)卷挟速度,(3)整体理查孙数(Rio),(4)二维、三维密度界面,(5)二维、三维密度界面的分形维度.结果分析发现:(1)湍流卷挟率随Ri.增大而减小,并且满足Rio的-3/2或-7/4幂律;表明随着湍流强度的减弱,混合的速度也越来越缓慢;(2)二维密度界面分形维度大于1,三维密度界面分形维度大于2;表明二维、三维密度界面存在分形结构;(3)分形维度随Ri.的增大而减小;表明随着湍流强度的减弱,密度界面也越来越趋于光滑.

关键词：稳定分层流、无剪切、密度界面、湍流混合、分形

所属期刊栏目：47

分类号：V211.3(基础理论及试验)

资助基金：国家留学基金管理委员会20111831186和海洋工程国家重点实验室自主研究课题GKZD010065资助项目.The project was supported by the China State Scholarship Fund 20111831186 and State Key Laboratory of Ocean Engineering Fund GKZD010065.

在线出版日期：2015-08-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：547-556