Salt fingersPurpose:To demonstrate

Salt fingers

Purpose:

To demonstrate the growth and evolution of salt fingers
What Happens:

A tank of water is stratified with a surface layer of warmer water containing a few crystals of flourescein dye. The tank is viewed from the side, and illuminated with a vertical slit of projector light coming through the right side of the tank. The video is shot with a factor of ten timelapse. Green fingers of flourescein colored water form and fall through the clear water.
Physics of the Phenomenon:

This is an example of a double-diffusive instability (Turner, 1973) called salt fingers. In this case, the salt is a flourescein salt, which makes the water "heavy on top" in the salt concentration, but the stratification is kept gravitationally stable by the "warm on top" temperature gradient. The key to the instability is the fact that heat diffuses much more rapidly than salt (hence the term double-diffusion). A downward moving finger of warm saline water (see diagram) cools off via molecular diffusion of heat, and therefore becomes more dense. This provides the downward buoyancy force that drives the finger. Similarly, an upward-moving finger gains heat from the surrounding fingers, becomes lighter, and rises.

The net effect is a vertical exchange of water containing the salt, and hence a downwards salt flux. The heat flux is also downward, but is much smaller since most of the heat diffuses out sideways to adjacent fingers. The combined heat and salt fluxes yield a "density" flux that is downwards. Hence the top layer of water actually becomes less dense over time, and the lower layer becomes more dense. In terms of eddy diffusivities, the effective salt and heat diffusivities are positive (i.e., downgradient), but the density diffusivity is negative -- an upgradient flux!


References: Turner, J.S., Buoyancy Effects in Fluids, Cambridge University Press, Cambridge, U.K.368 pp.,1973.


Credits:

Movie and text - Barry Ruddick
Digitization of movie - Dave Hebert
Load and run salt fingers movie

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นิ้วมือเกลือวัตถุประสงค์:แสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตและวิวัฒนาการของนิ้วมือเกลือสิ่งที่เกิดขึ้น:ถังน้ำเป็น stratified กับชั้นพื้นผิวของน้ำอุ่นที่ประกอบด้วยผลึกกี่ของย้อม flourescein ถังจะดูจากด้านข้าง และ และ มีร่องแนวตั้งของเครื่องฉายแสงมาทางด้านขวาของถัง วิดีโอถ่ายตัวของ timelapse สิบ นิ้วสีเขียวของสี flourescein น้ำแบบฟอร์ม และตกผ่านน้ำใสฟิสิกส์ของปรากฏการณ์:นี่คือตัวอย่างของการขาดเสถียรภาพคู่ diffusive (Turner, 1973) เรียกว่านิ้วเกลือ ในกรณีนี้ เกลือคือ เกลือ flourescein ซึ่งทำให้น้ำ "หนักด้านบน" ในความเข้มข้นเกลือ แต่สาระที่อยู่ gravitationally มีเสถียรภาพ โดยไล่ระดับอุณหภูมิ "อบอุ่นด้านบน" กุญแจสำคัญที่จะขาดเสถียรภาพเป็นจริงที่ diffuses ความร้อนอย่างรวดเร็วมากขึ้นกว่าเกลือ (เพราะระยะสองแพร่) นิ้วมือเคลื่อนไหวลงของน้ำเกลืออุ่นน้ำ (ดูแผนภาพ) จามออกผ่านการแพร่ความร้อน และดังนั้น จะหนาแน่นมากขึ้น ให้แรงพยุงลงที่ไดรฟ์นิ้ว ในทำนองเดียวกัน นิ้วเลื่อนขึ้นรับความร้อนจากนิ้วมือรอบ กลายเป็นเบา และเพิ่มขึ้นผลสุทธิคือ การแลกเปลี่ยนแนวน้ำที่ประกอบด้วยเกลือ และดังนั้นฟลักซ์เกลือลง ฟลักซ์ความร้อนก็ลง แต่มีขนาดเล็กมากเนื่องจากส่วนใหญ่ของความร้อน diffuses ออกด้านข้างให้ติดกับนิ้ว ความร้อนร่วมและเกลือ fluxes ผลผลิตไหล "หนาแน่น" ที่ลงมา ดังนั้น ชั้นบนของน้ำจริงจะหนาแน่นน้อยช่วงเวลา และชั้นล่างจะหนาแน่นมากขึ้น เอ็ดดี้ diffusivities เกลือมีประสิทธิภาพ และความร้อน diffusivities เป็นบวก (เช่น downgradient), แต่ diffusivity ความหนาแน่นเป็นค่าลบ - การไหล upgradientอ้างอิง: เทอร์เนอร์ เจเอส ผลพยุงของเหลว กดมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ เคม บริดจ์ U.K.368 พีพีอ่าวมาหยา 1973เครดิต:ข้อความ - Barry Ruddick และภาพยนตร์ ภาพยนตร์ - Dave Hebert digitizationโหลด และรันภาพยนตร์มือเกลือ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นิ้วเกลือวัตถุประสงค์: เพื่อแสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตและวิวัฒนาการของนิ้วมือของเกลือจะเกิดอะไรขึ้น: ถังน้ำเป็นแบบแบ่งชั้นด้วยชั้นพื้นผิวของน้ำที่อบอุ่นที่มีผลึกไม่กี่สีย้อม flourescein ถังถูกมองจากด้านข้างและสว่างด้วยร่องตามแนวตั้งของแสงไฟที่ผ่านมาทางด้านขวาของรถถัง วิดีโอที่ถูกยิงด้วยปัจจัยสิบสอบถาม นิ้วมือสีเขียวในรูปแบบสีน้ำ flourescein และตกผ่านน้ำใส. ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์: นี่คือตัวอย่างของความไม่แน่นอนดับเบิล diffusive (เทอร์เนอ 1973) เรียกว่านิ้วมือของเกลือ ในกรณีนี้เกลือเป็นเกลือ flourescein ซึ่งจะทำให้น้ำ "หนักอยู่ด้านบน" ความเข้มข้นของเกลือ แต่การแบ่งชั้นจะถูกเก็บไว้ที่มั่นคงโดยแรงโน้มถ่วง "อบอุ่นอยู่ด้านบน" อุณหภูมิลาด กุญแจสำคัญในความไม่แน่นอนคือความจริงที่ว่าความร้อนกระจายมากขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าเกลือ (เพราะฉะนั้นระยะแพร่คู่) นิ้วย้ายลงของน้ำเกลืออุ่น (ดูแผนภาพ) เย็นออกผ่านทางโมเลกุลของการแพร่กระจายความร้อนและดังนั้นจึงกลายเป็นความหนาแน่นมากขึ้น นี้จะให้แรงพยุงลงที่ไดรฟ์นิ้ว ในทำนองเดียวกันนิ้วขึ้นไปเคลื่อนไหวได้รับความร้อนจากมือโดยรอบจะกลายเป็นเบาและเพิ่มขึ้น. ผลกระทบสุทธิการแลกเปลี่ยนแนวตั้งของน้ำที่มีเกลือและด้วยเหตุนี้การไหลของเกลือลง การไหลของความร้อนยังเป็นขาลง แต่มีขนาดเล็กมากเนื่องจากส่วนใหญ่ของความร้อนกระจายออกด้านข้างเพื่อนิ้วมือที่อยู่ติดกัน ความร้อนร่วมและฟลักซ์น้ำเค็ม "ความหนาแน่น" ฟลักซ์ที่มีลง ดังนั้นชั้นบนสุดของน้ำจริงจะกลายเป็นความหนาแน่นน้อยกว่าในช่วงเวลาและชั้นล่างจะกลายเป็นความหนาแน่นมากขึ้น ในแง่ของการแพร่วนเกลือที่มีประสิทธิภาพและสัมประสิทธิ์การแพร่ความร้อนที่เป็นบวก (เช่น downgradient) แต่แพร่กระจายความหนาแน่นเป็นลบ - upgradient ฟลักซ์! อ้างอิง: เทอร์เนอ JS ผลกระทบแรงลอยตัวในของเหลวในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์เคมบริดจ์ UK368 .. PP, 1973 เครดิต: ภาพยนตร์และข้อความ - แบร์รี่ Ruddick Digitization ของภาพยนตร์ - เดฟเบิร์ตโหลดและเรียกภาพยนตร์นิ้วเกลือ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เกลือนิ้ว

จุดประสงค์ :

เพื่อแสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตและวิวัฒนาการของนิ้วมือเกลือ
เกิดอะไรขึ้น :

ถังน้ำชั้นด้วยชั้นพื้นผิวของน้ำอุ่นที่มีไม่กี่ผลึกของ flourescein ย้อม ถัง คือ มองจากด้านข้าง และสว่างด้วยแสงของเครื่องฉาย แนวตั้ง ปาดมาด้านขวาของรถถัง วิดีโอที่ถูกยิง ด้วยปัจจัยของสิบสอบถาม .นิ้วสีเขียวของน้ำ flourescein สีรูปแบบและตกผ่านน้ำชัดเจน
ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ :

นี้คือตัวอย่างของคู่กระจายความไม่แน่นอน ( Turner , 1973 ) เรียกว่านิ้วเกลือ ในกรณีนี้ flourescein เกลือเป็นเกลือ ซึ่งจะทำให้น้ำหนัก " ด้านบน " ในความเข้มข้นเกลือแต่การจะถูกเก็บไว้ gravitationally มั่นคงโดย " อบอุ่นในการกระจายอุณหภูมิสูงสุด " กุญแจสู่ความไม่แน่นอนก็คือความร้อนกระจายมากขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าเกลือ ( เพราะเทอมสองแพร่ ) ลง นิ้วขยับของน้ำเกลืออุ่นๆ ( ดูแผนภาพ ) เย็นลงผ่านการแพร่ความร้อนและดังนั้นจึงจะหนาแน่นมากขึ้นนี้ให้ลงลอยแรงที่นิ้ว ในทำนองเดียวกัน การปรับย้ายนิ้วจากความร้อนจากบริเวณนิ้วมือกลายเป็นเบา และเพิ่มขึ้น

ผลสุทธิเป็นแนวตั้งตราของน้ำที่มีเกลือ แล้วจึงลงเกลือ ฟลักซ์ ฟลักซ์ความร้อนก็ลดลง แต่มีขนาดเล็กมากเนื่องจากส่วนใหญ่ของความร้อนกระจายออกข้าง นิ้วมือติดกันพลังความร้อนร่วมและเกลือต่อผลผลิต " หนาแน่น " ฟลักซ์ที่ลง ดังนั้น ชั้นบนของน้ำจริงจะหนาแน่นน้อยกว่า ช่วงเวลา และชั้นล่างจะหนาแน่นมากขึ้น ในแง่ของเอ็ดดี้ diffusivities เกลือที่มีประสิทธิภาพและ diffusivities ความร้อนเป็นบวก ( เช่น ดาวน์เกรเดียนต์ ) แต่ความหนาแน่นฟลักซ์การแพร่กระจายเชิงลบ -- upgradient !


อ้างอิง : เจ. เอส. เทอร์เนอร์ ,ทุ่นลอยน้ำผลในของเหลว , เคมบริดจ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กด u.k.368 . 2516 .




เครดิต : ภาพยนตร์และข้อความ - แบร์รี่รัดดิก
แปลงของภาพยนตร์ - เดฟ Hebert
โหลดและเรียกใช้นิ้วเกลือภาพยนตร์