渔业水域中冷却对流对环境影响的基础研究

摘要

该文首先建立了渔业水域水面冷却对流一维模式,提出在由于水表面温度下降使得表层水下沉产生对流时,其流体可分解为冷沉降水与暖周围水,沉降水的温度T'及单位时间内通过单位面积的流量(对流密度)q'均随水深而变化,伴随着冷沉降水的沉降,与之等量、温度为T的暖周围水q作为补充而上升.冷沉降水和暖周围水在沉降和上升过程中带动了水体中物质的上下交换,推导出水面热通量公式Q<,0>=xC<,p>ρ△T<,d><'γ+1>对流密度计算式q'=x(T-T')<'γ>,根据这两式,并结合实验计算出了冷却对流发生时水体表面的热通量和物质沉降量.该文研究了与渔业水域的冷却对流流速及与之相关的不同因子之间的关系.此处主要运用了量纲分析法分析了对流流速u与表底温差△T及其它因子之间的关系,并得出了△T={glf(Nu,Re,Pr)}u<'2>这个简单的物理关系式.用频谱分析法对实验所测的不规则流速进行了分析,得到了对流流速是由各个不同频率的流速分量所组成,表明了对流充分发生时其流场具有周期或准周期性.根据流速的能量谱分析,可以看出不同水深的水平流速的功率谱均不存在明显的波峰,而垂向流速在低频处有明显的波峰出现,并在低频较宽频带上,功率谱呈指数形式递减,而在高频部分,均没有出现明显波峰或波陡,说明垂向流速在较小周期内呈随机运动.最后,该文通过数值计算分析了当水表面和水底存在温度差时,对流的发生机制、成长过程及与之对应的对流规模大小等,同时计算其温度场、流场的变化等.

目录

引言

第一章渔业水域水面冷却对流一维模式

1.1模式的导出

1.2模式系数的分析和讨论

1.3表层温度边界层厚及其温度分布

第二章冷却对流实验及模式的验证

2.1实验装置和方法

2.2实验结果

2.3模式的验证

第三章流速分析

3.1流速分析的基本原理

3.2计算与结果

第四章流速与温差及其它因子的关系分析

4.2分析步骤和结果

5.1数值模型

5.2数值算法

5.3数值结果与讨论

第六章总结

参考文献

附录：数值计算主程序

致谢