南京大学 地球物理流体力学学生实验室

Student Geophysical Fluid Dynamics Lab

 

 

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。同时给学院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。

图13:研发者合影