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二元盐溶液定向凝固过程盐流体积通量含时演化的实验研究

尹佐超  
【摘要】:本文以氯化铵水溶液定向凝固实验模拟海冰的凝固过程,观察液相区双扩散对流条纹的形成并研究其随时演化规律。在固液混合边界层中,由于固态氯化铵盐的析出形成由盐度梯度驱动的多孔杂质模式下的对流运动。其中形成的低温、低浓度的柱状羽流与液态区进行热盐交换,导致了双扩散对流条纹的形成和移动。通过平行光暗影法成像,本文系统地分析了双扩散对流条纹移动速度的演化过程,由此确定了二元溶液凝固过程中由凝固区向液态区提供的盐流体积通量随时函数关系。结果表明,柱状羽流体积通量和时间成幂函数关系,幂指数为-1.51。而在某时刻,柱状羽流体积通量和高度成幂函数关系,幂指数约为2.5。同时,柱状羽流的卷吸率随溶液初始浓度的增加而减小,初始体积通量随初始溶液浓度的增加而减小。此外,本文采用高精度温度探头和盐度探头测量了液相区中温度浓度分布。结果显示,随着高度的增加,温度升高,浓度降低;柱状羽流内外温度差和浓度差在实验开始200min内下降,之后几乎保持不变。相比于目前受到很多制约的原位测量,本文间接测量盐流体积通量的方法是一个新方法,为海冰凝固的研究工作提供重要参考。


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