背景渦度下雙渦漩交互作用之水工實驗

Abstract

本文中所進行的水工實驗，是以一旋轉水槽作等角速度旋轉，其工作流體為水，經由在適當的類比條件下於旋轉水槽中產生二個類似於颱風渦漩流場，再由不同的渦漩產生方式比較雙渦漩相互之間的運動情形，並且經由改變不同的渦漩產生方式以創造出大而弱與小而強的不同渦漩，其渦度比要在六倍以上，半徑比大於二倍等，以嘗試是否可以在實驗室的水工模擬上產生出類似自然界中雙眼牆的現象。在流場的觀察上，吾人利用染料的施放以做定性的觀察，再藉由雷射光切頁及顯影細微顆粒的使用並配合CCD 攝影機及影像擷取卡來擷取吾人所要分析的渦漩流場影像，最後利用粒子軌跡測速法來對影像加以分析以得到流場定量的資訊。 在一適當的距離下，由吸取方式所產生的雙渦漩在渦漩產生的過程中即會因 為底部Ekman 層的影響而有一向內輻合的作用，所以兩渦漩在產生過程中即已互相受到干擾而並非兩獨立的系統。經由擾動所產生的二渦漩在渦漩剛形成時不會馬上相互吸引，反而是互相給對方一推力，使得兩渦漩初始會有一遠離的運動情形，且兩渦漩遠離後會再相互靠近的機會很小，故由攪動方式所產生的雙渦漩比較不容易會有合併的現象產生。但在β-plane 經由特定的條件下則可使得雙渦漩有合併的現象產生。經由攪動方式所產生的雙渦漩其渦度比可達到六倍以上，且可產生半徑較大的渦漩，但由於攪動方式所產生的雙渦漩不易合併，故經由數值模擬出的雙眼牆結構在水工實驗上則還未有類似的現象產生。