一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法，包括分层水槽，所述分层水槽分为左右设置的实验水槽和辅助水槽，且实验水槽和辅助水槽之间通过隔板隔开，所述实验水槽分别注入不同浓度的盐水，辅助水槽注入与盐水相同液面高度的液体，所述实验水槽内设有可穿透隔板水平移动的挡板，在分别注入不同浓度盐水之前，所述挡板从辅助水槽水平移动插入实验水槽内，将不同浓度的盐水分隔开；在盐水注入完成后，所述挡板从实验水槽抽出，不同浓度的盐水之间形成界面清晰的分层流体；通过改变挡板表面的粗糙度或疏水特性，可控制形成密度跃层的厚度，为不同的密度分层系统实验提供便利。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法
本专利技术涉及流体力学的
，更具体地，涉及一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法。
技术介绍
已有研究表明，海洋深度100米以下存在着厚度约1000～1500米的跃层，其特征是温度、盐度和密度随深度的分布一般不是渐变的，而是具有一个很大的阶跃，有时呈现为一系列的阶跃，分别称为温度跃层、盐度跃层和密度跃层。海洋内波是密度稳定层结的海洋水体内部的波动，很小的扰动就会在内部产生轩然大波，对海上军事活动有重要影响，对海洋工程设施也有不同程度的影响。因此内波的研究非常重要。而实验研究中要形成内波首先必须制备密度稳定分层的流体。现有技术中，内波实验通常采用双缸法进行分层水的制取。但是，利用双缸法只能得到密度随深度线性增大的层结流体。对此，中国海洋大学论文《内波射线的传播与内孤立波过周期地形能量损耗的实验研究》(作者为马永星)在此基础上进行改进，通过调节蠕动泵的转速控制盐水流入混合水箱的流量，改进后的双缸法能得到任意密度剖面的层结体。申请号为CN201410141258.3的中国专利技术专利中，公开了一种密度分层流体的制取方法，利用增压泵使盐水和淡水以可控的速度注入分层水池，从而制取包括跃变分层和线性分层在内的任意曲线的密度分层剖面。以及申请号为CN201820552756.0的中国技术专利中，公开了一种可控制内波水槽流体分层装置，在装置在注水口处设置有开合结构，通过人为控制开合结构的展开收缩程度来控制进入水槽中盐水的流速及方向，从而形成不同浓度梯度分层的混合层。但是，现有方法中均通过实验水槽底部入口注水方式进行注水分层，通过进入水槽底部的水的密度越来越大，密度大的盐水会将密度小的盐水逐渐顶起来，但现有方法还是不可避免地存在制备过程中两层界面掺混问题。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法，具有有效减小分层界面产生的扰动，有效形成稳定分层、分层界面清晰的密度分层流体的效果。本专利技术采取的技术方案是，一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，包括分层水槽，所述分层水槽分为左右设置的实验水槽和辅助水槽，且实验水槽和辅助水槽之间通过隔板隔开，所述实验水槽分别注入不同浓度的盐水，辅助水槽注入与盐水相同液面高度的液体，所述实验水槽内设有可穿透隔板水平移动的挡板，在分别注入不同浓度盐水之前，所述挡板从辅助水槽水平移动插入实验水槽内，将不同浓度的盐水分隔开；在盐水注入完成后，所述挡板从实验水槽抽出，不同浓度的盐水之间形成界面清晰的分层流体。在内波实验中，通常采用不同盐度的盐水来得到密度层结的流体。本技术方案中，通过设置挡板将两种或多种不同浓度的盐水隔开，能有效避免在制备过程中掺混，各层盐水在注入完毕后，将挡板抽出，不同浓度的盐水之间形成界面清晰的分层流体，即形成多层稳定分层的盐水系统，为不同的密度分层系统实验提供便利。其中，本技术方案的装置不仅可实现将不同浓度的盐水稳定分层，也可以为其他不同密度或浓度的流体分层。其中，所述辅助水槽内注入流体主要为了与实验水槽内的水压平衡，以便抽出挡板。辅助水槽内的流体类型不限，其可以注入清水或与实验水槽一样的盐水等。实验水槽和辅助水槽的左右顺序不限。实验水槽和辅助水槽之间通过隔板隔开，形成两个独立的水槽。进一步地，所述辅助水槽内设有用于固定挡板、并带动挡板移动的滑轨，所述隔板上设有安装挡板的缝隙，所述滑轨与挡板一一对应，且安装高度一致。其中，所述辅助水槽的设置主要为了平衡水压，防止液体从隔板与挡板之间的缝隙渗漏。在辅助水槽内设置滑轨，一是以便水平、且自动地抽出挡板，减少挡板抽出时，对分层界面的扰动影响；二是稳定挡板移动，在辅助水槽内安装滑轨能避免影响观测。进一步地，所述滑轨通过电动控制其工作状态和工作速度，所述挡板的运动速度与滑轨的工作速度呈正比。本技术方案中，设置滑轨还可以便于控制挡板的抽取速度，以快速形成分层效果好且稳定的分层流体。进一步地，所述实验水槽的侧壁顶部设有注水管，所述注水管的另一端连接盐水箱，通过注水管将盐水箱的盐水通入实验水槽内，在通入不同浓度的盐水时，所述注水管依次连接不同浓度的盐水箱。本技术方案中，注水管的一端连接实验水槽的顶部，另一端连接盐水箱，通过注水管从实验水槽的上部侧壁进行注水，将不同浓度的盐水依次注入，并用挡板隔开，能有效避免注入过程中不同浓度的流体掺混。进一步地，所述辅助水槽的侧壁顶部设有注液管，所述注液管的另一端连接液体箱，通过注液管将液体箱内的液体通入辅助水槽内。进一步地，所述注水管和注液管上均设有蠕动泵，并通过蠕动泵分别控制流入实验水槽的盐水和流体辅助水槽的液体的流量及流速；且流入实验水槽的盐水的流量及流速与流入辅助水槽的液体的流量及流速一致。通过蠕动泵能更好地控制流体的流量和流速。其中，蠕动泵是通过其内部的步进电机来带动泵头，从而实现对橡胶管进行压缩，进行抽水，抽水速度与步进电机的转数成线性关系。通过计算机对蠕动泵步进电机的转动速度进行控制，从而达到控制流量的目的。蠕动泵每一时刻的转动速度可根据所需层结流体的密度剖面而计算得到。进一步地，所述注水管和注液管上设有小孔，盐水箱内的盐水从小孔流出，沿隔板或水槽侧壁流下，流入实验水槽内，液体箱内的液体从小孔流出，沿隔板或水槽侧壁流下，流入辅助水槽内。其中，在注水管和注液管内设置小孔，能使液体平稳地沿隔板或水槽侧壁流下，流入水槽中，能有效减小扰动的程度。进一步地，所述实验水槽和辅助水槽的大小一致。实验水槽和辅助水槽的大小一致，以便能形成左右水压平衡、液面高度一致的流体，放置液体从隔板和挡板之间的缝隙渗漏。进一步地，通过改变所述挡板表面的粗糙度或疏水特性，从而控制分层界面厚度，为不同的实验提供便利。其中，所述挡板表面的粗糙度可通过挡板表面的微观波纹的微小峰谷高度和波峰间距两个参数进行调节，挡板表面的疏水特性可由超疏水涂料实现调节，也可结合挡板表面的微观波纹实现超疏水仿生效果。其中，所述挡板上涂覆有驱水镀膜剂。在挡板上涂覆驱水镀膜剂能有效减小将挡板抽出时，在分层界面上产生的扰动，以形成更好的分层界面。其中，还可以通过在挡板上涂抹不同的镀膜剂，改变挡板表面的粗糙度和/或疏水特性，可控制形成密度跃层的厚度，为不同的实验提供便利。其中，所述挡板表面的微观波纹可以是板肋形式或波动形式。但不局限于这两种形式。挡板越光滑，可实现越高精度、越清晰的分层，挡板越粗糙，连续分层的厚度越大，从而为海洋分层实验研究提供帮助。一种可实现多层稳定可控分层流体的方法，包括上述的可实现多层稳定可控分层流体的装置，其工作步骤包括：S1：往实验水槽以设定的流量和流速注入第一种浓度的盐水；同时往辅助水槽以相同的流量和流速注入液体；S2：当第一种浓度的盐水达到设定高度时，停止注水和注液，插入第一层挡板；S3：按照步骤S1和S2的操作，继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，包括分层水槽，所述分层水槽分为左右设置的实验水槽和辅助水槽，且实验水槽和辅助水槽之间通过隔板隔开，所述实验水槽分别注入不同浓度的盐水，辅助水槽注入与盐水相同液面高度的液体；所述实验水槽内设有可穿透隔板水平移动的挡板，在注入不同浓度盐水之前，所述挡板从辅助水槽水平移动插入实验水槽内，将不同浓度的盐水分隔开；在盐水注入完成后，所述挡板从实验水槽抽出，不同浓度的盐水之间形成界面清晰的分层流体。/n

【技术特征摘要】
1.一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，包括分层水槽，所述分层水槽分为左右设置的实验水槽和辅助水槽，且实验水槽和辅助水槽之间通过隔板隔开，所述实验水槽分别注入不同浓度的盐水，辅助水槽注入与盐水相同液面高度的液体；所述实验水槽内设有可穿透隔板水平移动的挡板，在注入不同浓度盐水之前，所述挡板从辅助水槽水平移动插入实验水槽内，将不同浓度的盐水分隔开；在盐水注入完成后，所述挡板从实验水槽抽出，不同浓度的盐水之间形成界面清晰的分层流体。


2.根据权利要求1所述的一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，所述辅助水槽内设有用于固定挡板、并带动挡板移动的滑轨，所述隔板上设有安装挡板的缝隙，所述滑轨与挡板一一对应，且安装高度一致。


3.根据权利要求2所述的一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，所述滑轨通过电动控制其工作状态和工作速度，所述挡板的运动速度与滑轨的工作速度呈正比。


4.根据权利要求1所述的一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，所述实验水槽的侧壁顶部设有注水管，所述注水管的另一端连接盐水箱，通过注水管将盐水箱的盐水通入实验水槽内，在通入不同浓度的盐水时，所述注水管依次连接不同浓度的盐水箱。


5.根据权利要求4所述的一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，所述辅助水槽的侧壁顶部设有注液管，所述注液管的另一端连接液体箱，通过注液管将液体箱内的液体通入辅助水槽内。


6.根据权利要求5所述的一种可实现多层稳定可控分层流体的装置，其特征在于，所述注水管和注液管上均设有蠕...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗莹莹，段姗宏，詹杰民，余炜光，苏炜，张雯，胡文清，范庆，汪林飞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44