一種海洋湍流定點(diǎn)混合儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于海洋探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋湍流定點(diǎn)混合儀，其能夠同時(shí)、同點(diǎn)測(cè)量同一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度和溫度。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋混合的觀測(cè)和研宄對(duì)于理解大洋環(huán)流的維持有著重要的意義，在海洋環(huán)流模式的模擬和預(yù)測(cè)中，測(cè)量湍流混合參量起著重要作用(Bryan，1987 ；Zhang, et al, 1996 ；Jin, et al, 1999),對(duì)于完善海洋模式參數(shù)化方案也有十分重要的科學(xué)意義，它是提高海洋預(yù)報(bào)能力的關(guān)鍵技術(shù)，且能夠促進(jìn)海洋模式的發(fā)展和驗(yàn)證。由于海洋湍流微結(jié)構(gòu)觀測(cè)受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注，湍流微結(jié)構(gòu)剖面儀的研宄取得一系列進(jìn)展且形成了系列產(chǎn)品，如加拿大的camel、EPSONDE、VMP等系列，美國(guó)的AMP、TOPS、HRP等系列，日本的TurbMAP系列，歐洲其他國(guó)家的PR0TAS、MSS等系列。國(guó)內(nèi)對(duì)海洋湍流微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀的研宄剛剛起步，僅天津大學(xué)完成了海洋微結(jié)構(gòu)湍流剖面儀速度剪切樣機(jī)的研制，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研宄所完成了海洋溫度微結(jié)構(gòu)樣機(jī)的研制，但還未形成產(chǎn)品。
[0003]目前湍流熱熱擴(kuò)散系，常規(guī)的觀測(cè)主要有兩類:其一，在各向均勻同性湍流假設(shè)的條件下，利用自由下落式裝備測(cè)量溫度梯度方差，然后通過0SbOrn&COX(1972)公式估算湍流熱擴(kuò)散系數(shù)；其二，通過自由下落式裝備測(cè)量湍動(dòng)能耗散率，然后通過Osborn公式估算湍流渦擴(kuò)散系數(shù)，最后假設(shè)湍流密度脈動(dòng)主要在溫度脈動(dòng)產(chǎn)生前提下，湍流熱擴(kuò)散系數(shù)等價(jià)于渦擴(kuò)散系數(shù)，得出湍動(dòng)能耗散率與熱耗散率的關(guān)系。對(duì)于微結(jié)構(gòu)剖面湍動(dòng)能耗散率和湍流熱耗散率的觀測(cè)，目前，淺海和深海的觀測(cè)均有報(bào)道。但是由于隨船剖面觀測(cè)的局限性，垂向剖面混合觀測(cè)很難與大尺度海洋事件直接相關(guān)。
[0004]隨著提高海洋測(cè)量精度的現(xiàn)實(shí)需要，定點(diǎn)湍流混合的觀測(cè)越來越受到重視[Moum，2007 ；Moum and Nash 2009]。定點(diǎn)湍流混合的熱擴(kuò)散率觀測(cè)通過時(shí)間序列的湍流混合研宄，成功地揭示了湍流混合對(duì)西太暖池在El-Nin?ο事件前形成的機(jī)制。但是，目前海洋湍流混合的測(cè)量是剖面觀測(cè)儀，必需隨船進(jìn)行耗費(fèi)大量的船時(shí)。Moum，2007 ；Moum and Nash2009僅僅是對(duì)熱擴(kuò)散率的定點(diǎn)觀測(cè)。
[0005]隨著海洋探測(cè)的需要，要想實(shí)現(xiàn)海洋湍動(dòng)能耗散率與熱耗散率同步、同點(diǎn)觀測(cè)，急需一種能夠定點(diǎn)觀測(cè)海洋湍流混合的儀器。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種海洋湍流定點(diǎn)混合儀，其能夠同時(shí)、同點(diǎn)測(cè)量同一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度和溫度，利用泰勒凍結(jié)湍流假設(shè)，計(jì)算出波數(shù)譜，并與慣性子區(qū)和耗散子區(qū)理論譜進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)在1-5000米海洋定點(diǎn)測(cè)量湍流混合率。
[0007]依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，提供一種海洋湍流定點(diǎn)混合儀，其包括快速溫度傳感器、聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)量?jī)x、6000米水深耐壓鈦合金電池倉(cāng)、快速溫度傳感器通過耐壓水密線連接ADV后蓋特制8芯接口 ；其中快速溫度傳感器由探頭37、鈦合金彎形管36、錐形管35、第一圓筒管34、設(shè)置于錐形管35與第一圓筒管34之間的內(nèi)絲扣連接件、夕卜螺絲33、第二圓筒管32、第三圓筒管31組成。
[0008]其中，探頭37插入鈦合金彎形管36中，鈦合金彎形管36置入錐形管35中，第一圓筒管34，壁厚1.2mm，錐形管35與第一圓筒管34由內(nèi)絲扣連接件連接；有外絲扣的第一圓筒管34 —端置入第二圓筒管32的內(nèi)絲扣中連接，同時(shí)再通過外螺絲33固定第一圓筒管34和第二圓筒管32，第二圓筒管32的另一端的外絲扣與含有內(nèi)絲扣的第三圓筒管31連接。第三圓筒管31中設(shè)置有電路，并與水密線連接。
[0009]優(yōu)選地，聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)量?jī)x內(nèi)置姿態(tài)傳感器(MU)。鈦合金電池倉(cāng)為4個(gè)，管壁厚0.8cm，倉(cāng)體內(nèi)徑61.5mm，有效容積長(zhǎng)度460mm，能夠放置2組450Wh鋰電池組；電池倉(cāng)與ADV主機(jī)用Y型水密線連接，每根水密線有2芯，能夠同時(shí)連接4個(gè)電池倉(cāng)。
[0010]此外，快速溫度傳感器通過耐壓水密線連接ADV后蓋特制8芯接口。快速溫度傳感器和ADV產(chǎn)品外殼由TC4鈦合金加工而成，由316不銹鋼支架將ADV和快速溫度傳感器固定在支架上，并保證快速溫度傳感器探頭位于ADV測(cè)量點(diǎn)上。外支架形成的圓柱繞流對(duì)流場(chǎng)的影響在測(cè)量點(diǎn)要忽略不計(jì)。
[0011]本實(shí)用新型海洋湍流定點(diǎn)混合儀能夠同點(diǎn)、同步測(cè)量海洋運(yùn)動(dòng)粒子的溫度和速度，通過泰勒凍結(jié)假設(shè)得出頻率譜與波數(shù)譜的關(guān)系，進(jìn)一步利用觀測(cè)的速度溫度信號(hào)求出熱耗散率。本技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1.通過同點(diǎn)觀測(cè)速度和溫度信號(hào)，可以測(cè)量湍流熱耗散率的時(shí)間序列。
[0013]2.通過同點(diǎn)觀測(cè)速度和溫度信號(hào)，采用一路溫度信號(hào)與速度信號(hào)同時(shí)、同點(diǎn)觀測(cè)，另一路溫度信號(hào)與速度信號(hào)同點(diǎn)觀測(cè)，可以在測(cè)量湍流熱耗散率的同時(shí)，觀測(cè)熱通量的變化。
[0014]3.可以在5000米海深進(jìn)行觀測(cè)。
【附圖說明】
[0015]附圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的海洋湍流定點(diǎn)混合儀傳感器與測(cè)量點(diǎn)示意圖；
[0016]附圖2為本實(shí)用新型使用的海洋湍流定點(diǎn)混合儀示意圖；
[0017]附圖3為快速溫度傳感器外結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本技術(shù)方案的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒炯夹g(shù)方案的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。另外，不應(yīng)當(dāng)將本實(shí)用新型的保護(hù)范圍僅僅限制至下述具體結(jié)構(gòu)或部件或具體參數(shù)。
[0019]本實(shí)用新型提出一種海洋湍流定點(diǎn)混合儀，其利用聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)速儀(ADV)和快速溫度傳感器同時(shí)、同點(diǎn)測(cè)量同一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度和溫度，利用泰勒凍結(jié)假設(shè)，計(jì)算出波數(shù)譜，并與慣性子區(qū)或耗散子區(qū)理論譜進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)在1-5000米海深定點(diǎn)測(cè)量湍流熱耗散率。
[0020]海洋湍流定點(diǎn)混合儀包括快速溫度傳感器、聲學(xué)多普勒三維點(diǎn)式流速測(cè)量?jī)x、6000米水深耐壓鈦合金電池倉(cāng)、快速溫度傳感器通過耐壓水密線連接ADV后蓋特制8芯接口，以上五部分組成深海瑞流定點(diǎn)混合儀，可以在1-5000米水下同點(diǎn)觀測(cè)熱通量、動(dòng)量通量、湍動(dòng)能耗散率和熱耗散率。快速溫度傳感器由8部分(探頭37、鈦合金彎形管36、錐形管35、第一圓筒管34、設(shè)置于錐形管35與第一圓筒管34之間的內(nèi)絲扣連接件、外螺絲33、第二圓筒管32、第三圓筒管31)組成?？焖贉囟葌鞲衅鞯哪蛪和鈿げ捎肨C4鈦合金棒加工而成，其包括探針部分37、最前面的鈦合金彎形管外加聚酯材料保護(hù)的彎形外殼、多節(jié)圓筒及連接件結(jié)構(gòu)；具體連接關(guān)系如下:探頭37插入鈦合金彎形管36中，鈦合金彎形管36置入錐形管35中，第一圓筒管34，壁厚1.2mm，錐形管35與第一圓筒管34由內(nèi)絲扣連接件連接，第一圓筒管34的一端有外絲扣置入第二圓筒管32的內(nèi)絲扣中連接，同時(shí)再通過外螺絲33固定第一圓筒管34和第二圓筒管32，第二圓筒管32的另一端的外絲扣與含有內(nèi)絲扣的第三圓筒管