武军林, 魏 岗, 杜 辉, 徐峻楠



下凹内孤立波致流场结构及其影响因素的实验研究

武军林, 魏 岗, 杜 辉, 徐峻楠

(国防科技大学 气象海洋学院, 江苏 南京 211101)

为进一步探究海洋内孤立波诱导流场对海洋工程结构物以及潜航器的影响, 本文采用重力塌陷方法和粒子图像测速(Particle Image velocimetry, PIV)技术在大型分层流水槽中进行内孤立波造波以及内部流速场测量, 定量分析了下凹型内孤立波诱导流场结构及其影响因素。研究表明: 在密度分层流体中, PIV技术可实现对大幅面内孤立波诱导流场的精细测量以及波动结构特征的准确描述; 水平流速在上下层方向相反且在跃层处最小, 其剪切作用在波谷附近最强; 垂向流动在波前和波后分别为上升和下沉流, 两者流速值在距离波谷1/4~1/2波长位置达到最大; 在相同内孤立波振幅条件下, 上下层流体密度差越大、厚度比越小, 则波致流场越强; 随着振幅增大, 流场结构与KdV、eKdV和MCC理论模型对应波幅适用范围的描述相吻合。

分层流; 内孤立波; 粒子图像测速(Particle Image velocimetry, PIV)技术; 流场特性; 水槽实验

内孤立波作为海洋中的一类典型波动, 其传播过程中不仅会在海洋内部产生大幅度垂向运动, 而且还会诱生突发性强流[1]。海上测量和海洋遥感结果表明, 南中国海的内孤立波活动频繁, 且具有分布范围广、振幅大、持续时间长和诱导流速剪切强等特点。大量观测发现[2-4], 从吕宋海峡到东沙群岛之间海域的内孤立波常以向下凹陷波型为主, 不仅发生频率高而且波幅大, 其诱导的流速可达2 m/s以上。……