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层结流体水槽初步研制完成

文郑睿杰/ 2017年7月15日

从7月8日到7月14日为期一周左右的时间，来自大气所的傅豪学长利用暑期回校期间，和15级本科生周业，卢昱彤，郑睿杰三名同学一起完成了实验室新型层结实验水槽的搭建。同时，感谢孙世玮学长提供了很大的帮助。

先放一波图：

图1：水槽主体

图2：制备层结流体的蠕动泵装置

此次实验仪器的建造设想，主要是研制一台层结实验水槽，为将来的层结流体湍流、重力内波等实验做好准备。同时给南大内外感兴趣的老师和同学们提供一个新的科研和玩耍的平台。

从7月8日上午开始，傅豪就带领着三名15级同学开始了实验仪器的搭建。在之前傅豪就规划好了设计图纸并购进完毕实验材料。大家就按照图纸有条不紊地开始搭建起来。

图3：打开零件的包装

图4：搭建水槽支架

图5：搭建配置层结的小水槽，放置搅拌器并连通水泵

图6：为大水槽加装进出水阀门

图7：清洗大水槽

图8：搅动层结流体后出现的湍流

小水箱基本可以有效地配制出清晰的层结流体。为此在第四个工作日的晚上，大家在小水槽中进行了一次简单的层结实验。大家分别用蠕动泵清水和盐水加入带配制好的层结流体中，用电动搅拌器搅动流体，观察层结受扰动继而又恢复的情形。

图9：观察实验现象

我们组装完成电导率仪，通过测定水体的电导率随深度的变化，观察层结的大概状态。

图10：测试电导率仪

在之后的两三个工作日内，大家开始对大水槽进行再设计。在大水槽中配好层结后，继续注入流体时，发现射流的速度越快，穿透越高，流体在混合后，缓缓下沉到和自身有相同浮力的环境高度。但可能是层结配得不太均匀的缘故，对流左右不对称。

图11：“穿透性对流”

随后，我们提出了在大水槽中开展层结流体经起伏地形后的实验设想。于是开始跑去五金店定制导轨与地形块,水西门的郑师傅顶着38度高温为我们加工地形模型，用了整整半天才车好。经过多次的反复调试加工，在最后一天终于成功在大水槽内搭建完毕。导轨在水槽底部，地形块在导轨上，在大水槽的一头安装双滑轮，由人用线进行牵引。缓慢拉动，将白光从侧面打照在层结上，可以观察得出层结经过地形起伏后发生的现象。

图12：郑师傅在加工地形模型

7月14日上午，很荣幸地请来了学院的周博闻老师，张熠老师和许昕学长来参观实验室。并向老师们演示了小水槽中的层结实验，大水槽中的层级地形起伏实验。其中大水槽中的层结地形起伏实验现象不是很明显，后期需要集中改善。

参观完毕后，本次暑期实验室施工基本结束。实验仪器搭建基本完成，但其中的诸多细节仍需不断完善。在下学期的动力气象课程中，大三的同学们也将有机会来到实验室，近距离亲自进行动手操作。

这项仪器研发由南京大学王元教授和大气所林一骅研究员（傅豪的导师）共同资助。

图13：研发者合影