مطالعۀ تجربي طيف امواج دروني ناشي از حركت يك مدل هيدروفويل شكل در يك شارۀ چينه‌بندي شده

Internal gravity waves spectrum generated by a hydrofoil body moving in a stratified fluid

حركت اجسام زيرسطحي در لايه چينه بندي شده باعث شكل گيري امواج دروني مي‌شود. در اين مقاله به مطالعه امواج دروني ناشي از حركت يك جسم هيدروفويل شكل در محيطي با چينه‌بندي چگالي پرداخته خواهدشد. در محيط آزمايشگاهي در يك تانك شيشه‌اي به ابعاد 0.5×1×3 متر به كمك روش خطي با فركانس شناوري 0.44 بر ثانيه، چينه‌بندي صورت گرفت. در اين محيط با استفاده از يك ارابه كششي، يك جسم هيدروفويل شكل با ضخامت 6 سانتي‌متر و طول 20 سانتي متر و پهناي 12 سانتي‌متر، براي بررسي تغيير در اعداد فرود و رينولدز محيط و تأثير اين تغييرات بر شكل‌گيري امواج دروني پشت جسم، در محدوده عدد فرود 0.19 تا 1.7 حركت داده شد. با استفاده از تكنيك تصويربرداري از سايه و ثبت سيگنال‌هاي افت و خيز چگالي‌سنج، امواج دروني ناشي از حركت جسم مورد مطالعه قرار گرفت و در اين بررسي بخصوص به طيف اين افت و خيز در فاصله مشخصي از جسم پرداخته شد. در اين مطالعه سيگنالهاي ثبت شده در حوزه فركانس مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و با ترسيم طيف فركانس براي انواع سيگنالهاي ثبت شده توسط سنسور شوري سنج فوق سريع، فركانس‌هاي غالب استخراج گرديد و نتايج نشان داد كه با افزايش عدد فرود تركيب فركانس‌هاي بيشتري در محيط رخ مي‌دهند. همچنين در تحليل انرژي طيف امواج مشاهده گرديدكه تا عدد فرود بحراني انرژي با افزايش فرود، افزايش يافته و پس از آن بدليل تلاطم، كاهش انرژي را مشاهده خواهيم‌كرد.

The movement of subsurface objects in the stratified fluid causes the formation of internal waves. In this paper Internal gravity waves spectrum generated by a hydrofoil body moving in a stratified fluid is investigated. In a glass tank with dimensions 3×1×0.5 (m), a linear stratification with buoyancy frequency (N) equal to 0.44 per second, was set up. Then a hydrofoil body with 6 cm in diameter, 20 cm at length and 12 cm wide was towed in the fluid. While changing the Froude (from 0.19 to 1.7) and Reynolds numbers of the flow, the effects of these changes were examined on the formation of the internal waves and wake of the hydrofoil. By using shadowgraph technique and signal fluctuations record, the internal waves with a length of about half a meter were identified. In this study, the signals are recorded in domain of frequency at a certain distance from the model. Using an ultra-fast salinity meter (densitometer) for recording signal frequencies it was found that increasing Froude number results in more combination of frequencies occurred in the environment. The energy of wave spectrum increased up to a critical Froude number, and then decreased due to turbulence.