文摘gydF4y2Ba

计算流体动力学技术已经应用于测定拖累海洋设备(一次性深海温度测量器)。这类设备,用于监测海洋热含量的变化,提供的信息依赖于它们的阻力系数。在阻力计算不准确会影响海洋加热的估计与全球变暖有关。传统上,海洋变暖信息是基于实验的相关性,相关设备的深度下降时间。身上的关系是由下降速率方程。众所周知,FRE深度相当准确的对海洋环境相匹配的实验关系发展。对于其他情况,使用量子可能导致错误排除XBTs深度准确的海洋设备。在这里,一个CFD方法已经提供了阻力系数,主要是用来预测的深度无关。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

海洋海洋需要数据样本的信息,如温度和盐度在数量足够大的地点和时间,以确保适当的描述海洋属性。这样的数据集的创建受到测量的数量使世界各地。它也受到测量活动的持续时间。气候监测为例,连续测量的几十年提取所需信噪比足够的对全球变暖做出判断(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

最常用的设备之一,在海洋的温度测量是消耗品深海温度测量器(XBT)准确性。大约六百万XBT设备准确性已经推出了过去几十年。XBT设备准确性包含一个热敏元件内安置一个流线型的对象投入了大海。XBT落在水中准确性约7米/秒。在其后裔,铜线未假脱机的维护是一个电气连接与数据处理站在一艘船。温度信息是通过导线传播和存储进行处理。gydF4y2Ba

有多个品种的XBT设备准确性,每个都有一个独特的标签。它们大致分为两类(T4 / T6 / T7 / T10 / DB最常见,FD, T11,和T5类)。两个类之间的主要区别是XBT身体准确性的大小。另外,有两个主要XBT制造商(LM-Sippican和啧啧)准确性。这两个供应商之间制造过程的过程中存在着细微的差别和变化的过程自1960年代引入一些各自的设备的下降率的变化(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

偏见在XBT测量准确性已经知道了大约40年。这些包括偏差的估计深度以及温度的偏差。海洋热估计的偏差导致错误报告(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。许多工作已经完成,以减少这些偏见,从而增加海洋测量的准确性由XBT设备准确性。这些努力往往集中在改善深时相关的主要gydF4y2Ba10gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

很少有研究人员专注于发展的动态模型与浮力的分析XBT在其准确性下降,阻力和重量的力量。也许在这方面最重要的工作是通过绿色(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)开发了一个模型利用近似拖曳力取自文献对应流线型的身体。gydF4y2Ba

这里,采用一种新方法。一个动态模型和阻力系数信息取自计算流体动力学的研究。作者最好的知识,计算方法是XBT设备准确性的首例。作者将调查的影响laminar-to-turbulent过渡的边界层XBT。准确性具体来说,阻力系数的比较完全湍流和过渡的模型将被执行。由此产生的阻力信息将被用来预测深度最近XBT实验准确性。预测的深度将会与这两个行业标准和配置和使用连续油管设备的实验被认为是海洋的黄金标准。gydF4y2Ba

2。流体动力学模型gydF4y2Ba

采取两种方法处理的模拟流体流动附近的调查。第一种方法是基于流行的剪应力运输(SST)模型由表示“状态”(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。该模型结合了开创性的gydF4y2Ba模型槽和斯伯丁gydF4y2Ba16gydF4y2Ba地区)从probe-water界面的删除gydF4y2Ba在边界层模型(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。对海温顺利两个模型之间的转换利用各自的优势。的gydF4y2Ba通常在自由流和提供更准确的结果不太敏感,而上游流条件gydF4y2Ba方法更能够处理low-Re边界层内流动。gydF4y2Ba

第二种方法是一个过渡模型,首次展出表示“状态”等。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba),表示“状态”等。gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。后来由目前的作者开发的一系列研究,扩展其使用内部流动,流动与逆压力梯度扩散器,和脉动流(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。风场的方法和新开发的过渡依赖控制卷解决方法中开发的守恒方程多种元素构成解决方案域。之间的相关方程是质量守恒定律和动量,用张量形式表示为:gydF4y2Ba 在这里,这个术语gydF4y2Ba是当地的速度,gydF4y2Ba是流体密度,gydF4y2Ba是压力和gydF4y2Ba代表分子的粘度。在(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),占了湍动的引入涡粘性。它是涡流粘度的定义描述湍流模型。当风场的方法,发现涡流粘度:gydF4y2Ba 在条款gydF4y2Ba和gydF4y2Ba发现两个新的传输方程的湍流动能和特定的湍流耗散率:gydF4y2Ba 这个词gydF4y2Ba代表的速度生产的湍流动能,gydF4y2Ba。所有的gydF4y2Ba术语是Prandtl-like编号为各自的运输变量,由一个下标表示。的gydF4y2Ba方面代表混合功能,其目的是允许的过渡gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba模型从墙上gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba模型在墙附近。的gydF4y2Ba术语是指剪切应变速率的大小。综上所述,(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)定义对海温的方法。这种方法占流完全湍流在它接近海洋调查。gydF4y2Ba

过渡模型包括对海温的方法有些不同。变化始于一种修改的(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),就gydF4y2Ba 被认为有乘数对湍流的速度生产,gydF4y2Ba。乘数是象征gydF4y2Ba间歇性。这个词gydF4y2Ba值在0和1之间。它降低湍流生产的地区并不完全湍流。当地的值gydF4y2Ba从两个新的运输方程被发现gydF4y2Ba 的集合(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)通常被称为过渡SST模型。这些符号gydF4y2Ba和gydF4y2Ba代表的运输生产和破坏的变量。象征Π是湍流辅助函数(有时称为过渡发病雷诺数)。第一个方程(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba),提供了间歇性的值gydF4y2Ba。正如前面提到的,间歇性的值在0和1之间。的值gydF4y2Ba接近零代表层流区域值,方法1发生在动荡的地区。的中间值gydF4y2Ba代表部分部分层流和湍流的流动。应该注意的是,这个定义的间歇性与有时发现在文献中。通常,间歇性作为乘数的涡流粘度,使涡流粘度降低地区部分湍流流动。在目前的工作,间歇性利用乘数的动荡的能源生产。gydF4y2Ba

对动荡的辅助函数,gydF4y2Ba,相关地方雷诺数间歇性开始增长(动量厚度雷诺数)的临界值。因此,解决方案(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)是利用计算临界动量厚度雷诺数的价值,反过来,用于修改(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)通过间歇性生产条件gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

流体动力学模型的输出探测器上的阻力系数。这个系数是一个单一的雷诺数的表达式,并将在下一节中。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba已经准备好说明的一些特性计算网格。图将传达功能普遍使用的网格上所有XBT设备准确性,虽然网图中所示的是说明性的。图像显示了一个探测器,探测器周围的网格扩展外部以及整个内部通道外面的温度传感器。特殊表面的边界层元素被调查。两个标注所示说明元素在这些地区部署。可以看出,薄边界层元素移动元素与探测器的身体。这些元素是精心构造,这样gydF4y2Ba是小于1的。gydF4y2Ba

对所有调查情况下,mesh-independence研究完成。本研究涉及的解决流体流动问题顺序增加元素。解决方案直到结果独立于网。所有探头形状,最终的网格数超过1000000个元素。网格加密的研究提供一些角度,表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba已经准备好了。该表列出了两个连续的元素数量的T7设备上进行模拟。可以看出明显的细化的网格,阻力系数的值并没有明显变化。结果在表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,而显示为单一雷诺数,代表发现在所有其他的雷诺数。gydF4y2Ba

流体流动方程的解决方案被发现使用ANSYS大型V13.0 CFX软件。在现实中,探针旋转在其后裔。在目前的模拟,旋转被忽视了。预计可能有轻微的旋转对阻力系数的影响,可能使它不太敏感的雷诺数。另一方面,目前不旋转的结果将与实验相比,关闭协议将被用来证明目前的方法。gydF4y2Ba

3所示。探针动态模型gydF4y2Ba

与调查的阻力系数可以从流体动力学模拟,可以预测调查通过海水下降率。在这个阶段的第一步是一个动态的发展模式,涉及timewise的阻力变化探测速度。关系始于一个力的平衡和动量变化的调查。在数学上,这种平衡是表示为gydF4y2Ba 账户是为探针的质量的变化,这就向下产生了气流通过水。应该注意的是,未假脱机的线从探测器预计不会施加任何力量调查。此外,未假脱机的电线没有速度。当阻力和浮力力量表达的阻力系数和探针的质量,获得以下表达式:gydF4y2Ba 方程(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)可以写在一个forward-stepping算法,允许速度的决心在一个新的时间,目前提供的信息是:gydF4y2Ba 这是(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)将被用来计算每个步伐的速度在下降。应该注意的是,该模型能够解释调查的初始速度的变化(速度探头时进入水)以及变化的线性质量电线,电线的直径,水温的变化。最后一个问题值得一些详细讨论。耐火的历史上,调查是由实验XBT温度准确性的相关值和更精确的CTD的结果。通常,XBT设备准确性下降与连续油管设备。然后,比较这些设备之间的温度允许建设的主要形式gydF4y2Ba 上课我探针(T4 / T6 / T7 / DB),推荐的系数gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba当以米深度和时间在秒。二类调查(T5)常量gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba。然而,探测的深度取决于当地的因素,如实验的细节(探头高度释放在水面上),调查的细节(大小、质量、线属性,等等)和当地水温度影响粘度。因此,当实验在不同的条件下,主要可能不再有效。特别是,由于大多数耐火的开发在热带水域,它们应用到极地地区是有问题的。新方法可以占到水温的变化及其对粘度的影响。变化是通过Reynolds-dependent阻力系数的考虑。雷诺数的定义使用探针长度代表长度。gydF4y2Ba

4所示。结果与讨论gydF4y2Ba

第一组的结果将重点描述的阻力系数的值两类探测器(类I = T4 / T6 / T7 / DB和二类= T5)。此外,laminar-to-turbulent过渡将探索的影响。首先,图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一直在准备显示了阻力系数类我调查。可以看出,这两个解决方案方法提供不同的阻力系数;对海温模型预测阻力高于过渡模型。更详细的讨论这种差异将在稍后提供。也显示在图的阻力系数值估计从绿色(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。二类调查提出的相应的图在图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。那里,可以看出过渡和SST模型之间的差异非常小但是(不是可不同),这两种方法表现出显著差异相比,从绿色中提取的值(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。这些结果导致的结论,T5设备,laminar-to-turbulent过渡的影响可以忽略不计,解决方案与一个完全湍流模型能充分使用的现状。gydF4y2Ba

关于模型差异类设备,深度计算过渡和对海温阻力系数。发现XBT-CTD匹配质量的提高SST-based系数时采用。相信我的类设备,较短的长度比二类同行,下游脸上流动分离中扮演重要角色的阻力。有困难的过渡模型预测的位置在逆压力梯度的情况下分离。因此,决定利用获得的阻力系数与SST模型。gydF4y2Ba

对于两类探测器,阻力系数可以表示成雷诺数的函数。这些表达式是gydF4y2Ba 我调查和类gydF4y2Ba 二类调查。雷诺数范围由图表示轴。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba一直在准备显示附近的流体压力分布XBT探测准确性。在图中,流体从右到左。图显示,在调查的鼻子,有一个高压的地区减少对上、下表面的调查。同样,图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba显示表面的剪切应力的变化XBT探测准确性。可以看出,流向方向的剪切应力低的前缘和后表面探测器,如预期。压力更加均匀以及机身的长度。剪切应力结果呈现在图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba代表可以提取的结果在任何探针的变体。gydF4y2Ba

接下来,显示探针表面附近的流体流动模式如图所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。在这里,代表图像表现出传达流的基本特征。可以看出,流流向方向的引导进入探测器的中心通道。液体在此通道洗温度探测器,然后再通过身体和流入下游的室。室,有流再循环和涡流形成流体之前最后退出探测室内。gydF4y2Ba

为了有信心在这里给出的结果,有必要做两个比较。首先,深度预测将从行业标准主要获得与预测。第二,对比新方法和配置供实验。一个例子的比较如图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。比较图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba来自一个实验在二类调查是在地中海今年5月,2011年。这是看到1000米深的海底,新方法与标准的主要技术几乎是相同的。比较类我调查揭示相似水平的协议。gydF4y2Ba

接下来,实验与重合CTD / XBT设备准确性。通常,温度和深度仪探测结果被认为是准确的,用于校准XBT设备准确性。两个示例显示实验。实验结果如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba和gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。每个图都有两个部分(a)和(b)。(a)的部分图着重于近地表地区的后裔。(b)部分显示了温度数据到最深处的后裔。图片被分成部分允许放大近地表温度差异的地区。gydF4y2Ba

每个部分有三个曲线。这些曲线代表了“精确”温度信息,供设备、新方法的温度和温度,使用标准的量子。数据显示的结果gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba表明,该方法能够计算的深度XBT设备准确性他们整个准确的后裔,约等于耐火的行业标准。形成了鲜明的et al。gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba),结果表明,定量比较大量(17)比较仪/ XBT温度显示,温度准确性和公认的新方法的结果同意在温度传感装置的准确性。这些发现进一步加强在亚伯拉罕et al。gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。这一发现提供了进一步的证据,这项新技术有一些优点在预测XBT深度和准确性在评估海洋温度和海洋热含量。gydF4y2Ba

如前所述,新方法的一个显著优势是能够适应变化的探针设计或启动方法。例如,新方法可以结合不同的发射高度,探针的形状和大小,初步调查质量,线性的质量线,线的直径,等等。gydF4y2Ba

5。结束语gydF4y2Ba

在这项研究中,提出了一种新的技术来计算海洋深处温度监测装置。这些设备,消耗品深海温度测量器,与高频发射进入海洋。作为设备下,他们收集温度信息,结合海洋深处时,可以提供海洋热含量评估。XBT设备准确性不直接测量深度,而是确定深度从相关方程,确定实验。这种相关性,称为下降速率方程(FRE),通常是基于在河水深度进行的实验环境。耐火的无法处理的变化调查设计,启动参数,或水条件。例如,如果发射高度或探头形状改变,FRE必须重新计算。gydF4y2Ba

新方法,另一方面,基于动态分析的探针占的力探针,探针动量的变化。必要的动态模型是探针上的阻力系数。在这项研究中,阻力系数测定海洋设备第一次(作者最好的知识)。发现阻力系数的奇异表情与雷诺数有关。阻力系数,可以计算的深度XBT探测准确性与精度与行业标准的量子。gydF4y2Ba

希望这个新方法将有助于重新评估海洋温度数据的归档,可以用来改善海洋热含量的准确性,因此,海洋的作用储存多余的能量从周围环境。gydF4y2Ba