本书系统介绍实验流体力学的基本理论、核心设备与经典实验，旨在帮助读者通过实验直观理解旋转和层化作用下的海洋与大气动力学现象。全书共9章，不仅阐述了相似性原理与无量纲分析等理论基础，以及国内外旋转平台与先进实验室测量技术，还详细讲解了科氏力、海洋流动、海洋波动、中尺度涡旋、密度锋面与热盐环流等典型实验的设计、操作及结果分析，实现了理论知识与实践操作的深度融合。本书结合理论与实验观测，有助于读者掌握旋转流体、分层流动等核心实验技能。
样章试读
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前言
第1章 引言 1
1.1 地球流体力学的研究范畴 1
1.2 地球流体力学的研究方法 2
1.3 实验地球流体力学研究现状 3
1.3.1 实验平台的发展现状 4
1.3.2 实验技术的发展现状 5
1.3.3 科学研究的发展现状 5
1.3.4 海洋工程应用的发展现状 6
1.4 实验规范与实验报告 7
1.5 本书结构 8
第2章 实验地球流体力学基本原理 10
2.1 地球流体运动控制方程 10
2.1.1 动力学方程 10
2.1.2 扩散方程 12
2.1.3 连续性方程 12
2.1.4 状态方程 13
2.2 相似定律 13
2.2.1 相似第一定律 13
2.2.2 相似第二定律 13
2.2.3 相似第三定律 14
2.3 相似性原理 15
2.3.1 几何相似 15
2.3.2 运动相似 15
2.3.3 边界条件相似 16
2.4 相似准则与无量纲数 16
2.4.1 重力相似准则与弗劳德数 17
2.4.2 压力相似准则与欧拉数 18
2.4.3 黏性力相似准则与雷诺数 18
2.4.4 弹性力相似准则与柯西数 19
2.4.5 表面张力相似准则与韦伯数 19
2.4.6 科氏力相似准则与罗斯贝数 19
2.4.7 稳定性相似准则与理查森数 20
2.4.8 热力动力相似准则与普朗特数 21
2.4.9 对流扩散相似准则与佩克莱数 21
2.4.10 非定常性相似准则与斯特劳哈尔数 22
2.5 思考题 23
第3章 地球流体力学实验设备及测量方法 24
3.1 国内外旋转水池建设现状 24
3.1.1 小型旋转水池 25
3.1.2 中型旋转水池 29
3.1.3 大型旋转水池 30
3.2 粒子图像测速技术 35
3.2.1 定义 35
3.2.2 基本原理 35
3.2.3 数据处理 36
3.2.4 优点 38
3.2.5 应用 39
3.2.6 PIV流场测量实验 39
3.3 高度成像测速技术 40
3.3.1 定义 40
3.3.2 基本原理 40
3.3.3 数据处理 42
3.3.4 优点 42
3.3.5 应用 43
3.3.6 AIV测量实验 44
3.4 思考题 45
第4章 旋转效应实验 46
4.1 科氏力实验 46
4.1.1 偏转小球实验 47
4.1.2 傅科摆实验 52
4.2 泰勒柱实验 54
4.2.1 实验目的 54
4.2.2 实验原理 55
4.2.3 实验仪器设备和材料 55
4.2.4 实验步骤 56
4.2.5 实验结果分析 56
4.2.6 实验思考题 57
第5章 海洋流动实验 58
5.1 底边界层Ekman流实验 58
5.1.1 实验目的 58
5.1.2 实验原理 58
5.1.3 实验仪器设备和材料 59
5.1.4 实验步骤 60
5.1.5 实验结果分析 61
5.1.6 实验思考题 62
5.2 热成风实验 62
5.2.1 实验目的 63
5.2.2 实验原理 63
5.2.3 实验仪器设备和材料 63
5.2.4 实验步骤 64
5.2.5 实验结果分析 65
5.2.6 实验思考题 68
5.3 西边界流实验 68
5.3.1 实验目的 68
5.3.2 实验原理 68
5.3.3 实验仪器设备和材料 71
5.3.4 实验步骤 72
5.3.5 实验结果分析 74
5.3.6 实验思考题 75
第6章 海洋波动实验 76
6.1 波动实验基本公式 76
6.2 均质流体中的开尔文波实验 78
6.2.1 实验目的 78
6.2.2 实验原理 78
6.2.3 实验仪器设备和材料 81
6.2.4 实验步骤 81
6.2.5 实验结果分析 82
6.2.6 实验思考题 83
6.3 地形罗斯贝波实验 83
6.3.1 实验目的 83
6.3.2 实验原理 84
6.3.3 实验仪器设备和材料 85
6.3.4 实验步骤 86
6.3.5 实验结果分析 88
6.3.6 实验思考题 88
6.4 海洋内波实验 88
6.4.1 实验目的 89
6.4.2 实验原理 89
6.4.3 实验仪器设备和材料 90
6.4.4 实验步骤 91
6.4.5 实验结果分析 91
6.4.6 实验思考题 93
第7章 海洋中尺度涡旋实验 94
7.1 热成风斜压不稳定性诱导的涡旋实验 94
7.1.1 实验目的 94
7.1.2 实验原理 95
7.1.3 实验仪器设备和材料 96
7.1.4 实验步骤 96
7.1.5 实验结果分析 98
7.1.6 实验思考题 99
7.2 岛屿尾涡实验 99
7.2.1 实验目的 99
7.2.2 实验原理 99
7.2.3 实验仪器设备和材料 101
7.2.4 实验步骤 101
7.2.5 实验结果分析 102
7.2.6 实验思考题 103
第8章 海洋密度锋面实验 104
8.1 实验目的 104
8.2 实验原理 105
8.2.1 伴随密度锋面的热成风平衡理论 105
8.2.2 海洋密度锋面的基本物理参数 106
8.3 实验仪器设备和材料 108
8.4 实验步骤 108
8.5 实验结果分析 110
8.5.1 锋面实验定性分析 110
8.5.2 锋面实验定量分析 111
8.6 思考题 113
第9章 热盐环流实验 114
9.1 实验目的 114
9.2 实验原理 115
9.2.1 基本变量计算 115
9.2.2 水平温度差异诱导的水平对流实验原理 116
9.3 实验仪器设备和材料 117
9.3.1 高盐度水诱导的垂向对流不稳定性实验 117
9.3.2 水平温度差异诱导的水平对流实验 118
9.4 实验步骤 119
9.4.1 高盐度水诱导的垂向对流不稳定性实验 119
9.4.2 水平温度差异诱导的水平对流实验 120
9.5 实验结果分析 122
9.5.1 高盐度水诱导的垂向对流不稳定性实验 122
9.5.2 水平温度差异诱导的水平对流实验 124
9.6 思考题 126
参考文献 127
后记 133
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