[发明专利]一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及流体力学的技术领域，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。

背景技术

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的中国发明专利中，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的中国实用新型专利中，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。

发明内容

本发明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。

本发明采取的技术方案是，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。