Способ возбуждения внутренних волн

 

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследованиях для генерирования внутренних волн в стратифицированных жидкостях. Целью изобретения является упрощение способа. Возмущение плотности стратифицированной жидкости осуществляют тепловым потоком,который формируют путем локального нагрева жидкости нагревателем. Нагретые слои жидкости, расположенные ниже границы пикноклина, в силу действия архимедовых сил начинают всплывать, вызывая эффективное образование внутренних волн. Волнообразование имеет регулярный характер, что обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами. Возможность варьирования расположением и формой нагревателя, степенью и длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позволяет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существования при любой структуре пикноклина. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Г 01 M 1 О/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4323261/40-12 (22) 31 ° 08.87 (46) 15.02.90. Бюл. ¹ 6 (71) Институт прикладной физики

АН СССР и Горьковский политехнический институт (72) В.И. Казаков и N.À. Степанянц (53) 629. 12:532.59(088.8)

-(56) Авторское свидетельство СССР

К 1070438, кл. G M 10/00, 1982.

I (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВНУТРЕННИХ

ВОЛН (57) Изобретение относится к экепериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследованиях для генерирования внутренних волн в стратифицированных жидкостях. Целью изобретения является упрощение способа.

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано в лабораторных и натурных исследованиях для генерирования внутренних волн в стратифицированных жидкостях.

Цель изобретения — упрощение способа при возбуждении внутренних волн в натурных условиях.

На фиг. 1 представлено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — график временной реализации внутренних волн при периодическом нагреве объема жидкости; на фиг.

3 — амплитудный спектр временной реализации внутренних волн; на фиг.4— график временной реализации внутрен.,ЯО 1543275 А 1

Возмущение плотности стратифицированной жидкости осуществляют тепловым потоком, который формируют путем локального нагрева жидкости нагревателем. Нагретые слои жидкости, расположенные ниже границы ликноклина, в силу действия архимедовых сил начинают всплывать, вызывая эффективное образование внутренних волн. Волнообразование имеет регулярный характер, что обеспечивает создание внут,— ренних волн с заданными параметрами.

Возможность варьирования расположением и формой нагревателя, степенью и

t длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позволяет

9 эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существования при любой структуре пикноклина. 5 ил. ней волны при однократном нагреве объема жидкости; на фиг. 5 — амплитудно-частотная характеристика устройства для осуществления способа.

Устройство содержит соединенный с источником 1 электроэнергии нагревательный элемент 2, размещенный в стратифицированной жидкости 3 ниже границы пикноклина. В качестве нагреL вательного элемента используется цилиндр, состоящий из набора, например, шести кварцевых галогенных ламп типа

КГТ-220-600, расположенных по образующей цилиндра диаметром 6 см.

Способ осуществляют следующим образом.

3 1543275 4

Возмущение плотности стратифицированной жидкости осуществляют тепловым потоком, который формируют путем локального нагрева слоя жидкости на5 гревателем 3, подключая его к источнику 1 энергии. Олой жидкости, прилегающей к нагревателю, нагревается и плотность его по сравнению с окружающими ненагретыми слоями становится

,меньше и B силу действия архимедовых ,сил он начинает всплывать вверх, вызывая волнообразование в стратифицированной жидкости. Поскольку нагрев жидкости нагревателем 3 осуществляет- 1 ся в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, нагретый слой при перемещении взаимодействует с пикноклином, вызывая этим эффективное образование внутренних волн. Нагрев слоя жидкости осуществляется в течение времени, определяемого иэ соотношеЯ ния t — где 1(= 3 14 а М вЂ” мак2N

У 1 симальная частота Брента-Вяйсяля для данной жидкости, не превышающего время перемещения нагретого объема на расстояние, равное его характерному размеру. Поэтому волнообразование имеет не хаотический, а регулярный характер, что,,в свою очередь, обеспечивает создание внутренних волн с заданными параметрами, Возможность варьирования расположением и формой нагревателя, степенью н длительностью нагрева объема прилегающей к нагревателю жидкости позволяет эффективно возбуждать внутренние волны практически во всем диапазоне их существования при любой структуре пикноклина °

Пример. В термостратифицированном бассейне размером (5x1, 5x1,2) м с ярко выраженным устойчивым пикноклином нагреватель 3 периодически подключается к источнику 1 напряжения в различных режимах: однократном или периодическом. Показанная на фиг. 2 запись возбужденных плоских внутренних волн получена при периоди- 50 ческом подключении нагревателя 3 (число включений и нагревателя составляло 20, длительность включения 20 с,период Т включения 30 с). Наличие в амплитудном спектре (фиг.3) возбужденных волн лишь одной гармоники говорит о синусоидальном характере возбуждения внутренних волн, Для обеспечения генерирования плоских внутренних волн нагреватель 3 выполняют цилиндрическим.

I

Требуемая амплитуда А создаваемых внутренних волн определяет выбор длительности С подключения нагревателя

3 к источнику 1 при заданной мощности нагревателя. Требуемая частота F внут ренних волн определяет выбор периода

Т подключения нагревателя 3 к источI нику 1 (Т = + f, где — время, в течение которого нагреватель 3 отключен от источника 1). При этом учитывается, что для обеспечения регулярности генерируемых волн длительность не должна превьш ать времени перемещения нагретого объема на расстояние, равное его характерному размеру.

Внутренние волны создают путем локального нагрева жидкости в течение времени С= 20 с, который осуществляют при периодическом (c периодом Т=

"-30 с) подключении в течение того же времени с нагревателя 3 к источнику 1.

На фиг.,2 представлена запись этих возбужденных волн частотой F = 0,033 Гц о и амплитудой А = 0,3 С, которая соочветствует смещениям на 4 мм линий постоянной плотности стратифицированной жидкости. Запись получена при двадцати подключениях нагревателя 3 к источнику 1. Анализ амплитудного спектра (фиг. 3) возбужденных волн подтверждает регулярность, а именно синусоидальность возбужденных волн, частота которых F соответствует час-!

1 тате — включения нагревателя 3. При

Т этом, как видно иэ фиг. 2, колебания различных, слоев жидкости происходят синфаэно (верхняя и нижняя кривые описывают колебания температуры жидкости на глубинах 32 и 35 см соответственно) „На фиг. 4 показана запись полученных внутренних волн при однократном режиме возбуждения при длительности импульса 15 с. На фиг.5 представлена амплитудно-частотная характеристика нри постоянной длительности включения нагревателя, равной 15 с для разных периодов включения Т в интервале 20-60 с. Максимальная амплитуда А внутренних волн для каждого периода Т имела место при Т = 30 с.

Для локального нагрева объема жидкости в качестве нагревательного элемента может быть использована, 1543275

10 где N — максимальная частота БрентаСпо соб возбуждения внутренних волн

Вяйсяля для данной жидкости. в стратифицированной жидкости, осноI например, полая труба, по которой прокачивается горячая жидкость.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется простотой и надежностью,поскольку не связан с необходимостью использования механических конструкций, содержащих большое число узлов передач, подвергаемых в натурных условиях большим механическим нагрузкам и коррозии.

Фо рм ул а и з о б р е т е н и я ванный на изменении ее плотности, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при возбуждении внутренних волн в натурных условиях, изменение плотности жидкости производят путем локального нагрева ее слоя в объеме, расположенном ниже границы пикноклина, в течение времени t, определяемого из соотношения

И

2И

1543275 Р 40 И

ФигХ

Корректор И. Муска

Редактор N. Середа

Техред М. Дидык

Заказ 395 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Г -vnapcTBe (>го ко тета по зобретениям и откр ням при ГКНТ СССР

113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101