發(fā)布時間：2017-06-13 09:06

  本文關鍵詞：浮游生物促進傳質的實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海洋環(huán)境中的物質交換或質量傳輸一直是海洋研究的一個重要方面。限于技術原因,海洋生物在其間所起的作用很少有定量的研究。其中,浮游動物個體雖小,但數(shù)量龐大。具有有限但復雜的活動能力,在低雷諾數(shù)流動,即粘性作用占優(yōu)的情況中這種主動的攪拌作用至關重要。從個體尺度,浮游動物是質量傳輸和物質擴散的促進者。當數(shù)量巨大的浮游動物群體晝夜垂直遷移上百米時,其對海洋表層與深層的物質交換效率的提高也是目前海洋環(huán)境研究的一個新的熱點問題。發(fā)展定量的觀測和實驗方法是研究浮游生物促進傳質的核心問題。本研究以飽和濃鹽水與淡水混合過程為傳質的模型。選取鹵蟲幼蟲為模型動物。結合測量技術的發(fā)展,開展浮游動物促進傳質過程的定量實驗觀測。相干光在直線傳播過程中遇到折射率變化會發(fā)生轉折,同時轉折的光束與未受干擾的背景光束發(fā)生干涉形成干涉條紋。此條紋結構對應折射率變化,即密度不均勻。本研究以光學干涉技術為核心,建設了數(shù)字全息圖像記錄系統(tǒng)。并進一步結合數(shù)字圖像處理技術,形成記錄密度場(折射率)演變的干涉紋影系統(tǒng)。通過糖粒自然溶解擴散校準實驗證明：(1)物質交換界面形狀演變可以通過干涉圖像記錄并重現(xiàn)。(2)濃度差異與圖像光強成正比。就鹵蟲幼蟲在鹽度梯度場促進混合的過程我們進行了下述研究：(1)從傳質效率對比生物體存在與否對上述鹽度混合模型的影響；(2)定量分析生物體在鹽度梯度場內的行為模式；(3)定量分析生物體個體行為特征,包括其對周圍流場的擾動范圍；(4)生物體含鹽尾跡形狀識別與其演化過程分析；實驗結果表明：鹵蟲的存在較大程度地提高了混合的效率；主要促進機制為擴大了有效傳質面積,即身體帶鹽,并隨生物體運動形成的復雜的含鹽尾跡結構。微觀上含鹽尾跡每一點均代表一個新的擴散源。宏觀上因為含鹽尾跡在重力作用下整體向下掃·掠,形成擴散源的運動。從生物因素看,鹵蟲在鹽度梯度環(huán)境中比均勻鹽度場更加活躍,隨著鹽度場結構的變化,生物體的活動空間分布也隨之變化。上述實驗結果證明,生物促進傳質是生物因素與物理因素的耦合過程。本研究所建立的實驗觀測技術和分析方法能夠同步記錄并分析上述兩種因素,并可以擴展到生物體群體行為。為研究生物混合與促進傳質奠定了基礎。
【關鍵詞】：數(shù)字全息圖像 干涉紋影 傳質 生物混合 鹵蟲
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q178.53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-21
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 傳質理論13-15
• 1.3 浮游生物簡介15-17
• 1.3.1 浮游生物作為食物鏈的基礎15-16
• 1.3.2 作為海洋環(huán)境中的個體16
• 1.3.3 作為工程設備與海水之間的生物體16-17
• 1.4 海洋科學和工程應用對傳質理論提出新的問題17-19
• 1.4.1 傳統(tǒng)海洋混合理論和尺度17-18
• 1.4.2 海洋科學和工程應用提出的新問題18-19
• 1.5 模型動物的選擇19
• 1.6 研究目的及內容19-21
• 1.6.1 研究目的19-20
• 1.6.2 研究內容20-21
• 2 技術方法綜述及技術路線21-31
• 2.1 密度場的光學觀測方法21-25
• 2.1.1 紋影法21-23
• 2.1.2 相干法23-25
• 2.2 基于示蹤技術的觀測方法25-28
• 2.2.1 激光誘導熒光法(LIF)26-27
• 2.2.2 粒子圖像測速法(PIV)27-28
• 2.3 數(shù)字全息圖像技術28-29
• 2.4 技術路線29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 3 核心實驗技術的建立與校準31-44
• 3.1 觀測系統(tǒng)研發(fā)31-36
• 3.2 實驗樣品的獲取和培養(yǎng)36
• 3.3 校準實驗——糖度溶解過程關鍵參數(shù)的定量測量36-43
• 3.4 本章小結43-44
• 4 模型浮游動物行為及運動特征的定量測量44-53
• 4.1 實驗目的及原理44
• 4.1.1 實驗目的44
• 4.1.2 實驗原理44
• 4.2 實驗準備44-46
• 4.2.1 模型動物的孵化44-45
• 4.2.2 實驗儀器及材料、軟件45-46
• 4.3 均勻低鹽度環(huán)境中鹵蟲幼體行為特征46-47
• 4.4 鹵蟲幼體運動特征47-50
• 4.5 鹵蟲幼體運動的流場特征及影響范圍50-52
• 4.6 本章小結52-53
• 5 鹵蟲對鹽度混合促進作用的實驗研究53-64
• 5.1 實驗目的及原理53
• 5.1.1 實驗目的53
• 5.1.2 實驗原理53
• 5.2 實驗準備53-56
• 5.2.1 實驗儀器及材料、軟件53-54
• 5.2.2 預實驗54-56
• 5.3 實驗設計56-57
• 5.4 實驗過程57
• 5.5 數(shù)據(jù)處理及分析57-63
• 5.5.1 鹽度梯度下鹵蟲個體行為特征57-60
• 5.5.2 鹽度梯度下鹵蟲尾跡典型結構及度量60-62
• 5.5.3 鹽度梯度下鹵蟲對鹽度混合擴散的促進作用62-63
• 5.6 本章小結63-64
• 6 結論與展望64-66
• 6.1 論文主要研究工作64
• 6.2 不足與展望64-66
• 參考文獻66-70
• 致謝70-71
• 個人簡歷71-72
• 圖目錄72-74
• 參數(shù)說明74

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本文編號：446165