Page 73 - 2023年第54卷第9期

知，当混合溶液中荧光素钠占比较大时，混合液中荧光素钠溶质分布与单纯荧光素钠溶液分布相近，
由此推断，混合液中占比较大的溶质往往主导变密度对流与溶质运移过程。另外，荧光素钠的水动力
扩散系数较小，使得溶液横向弥散程度较小，密度梯度较大，由此加剧变密度对流，该物理过程可用
于解释图 ４（ｅ）和图 ４（ｆ）中荧光素钠下渗位置更靠近入口的实验现象。图 ４（ｃ）中荧光素钠的运移可能
由占比较大的氯化钠溶液主导，而图 ４（ｄ）中的运移则由两种溶质共同决定。

图 ４ 不同混合比下荧光素钠溶质分布
３．２ 出口浓度分布 图 ５所示为出口处测得的两种标准化溶质浓度（Ｃ）。标准化浓度为出口处溶质
ｎ
浓度与入口处对应溶质浓度的商值。

图 ５ 出口荧光素钠与氯化钠标准化浓度分布
由图 ５（ａ）可见，在常密度流体中，混合溶液体积比对两种溶质的分布几乎没有影响。两种溶质的
弥散程度完全取决于溶质的水动力扩散系数。由于荧光素钠的水动力扩散系数较小，其横向弥散程度
较弱，反之亦然。
图 ５（ｂ）展示了变密度流体中的出口浓度分布。变密度对流作用下，溶质与周围水体之间的接触
面积增大（见图 ４），导致弥散程度加强，峰值浓度降低。常密度流体中，溶质的标准化峰值浓度为
０．４～０．６；而变密度流体中，溶质的峰值浓度为 ０．２～０．４。在变密度对流实验中，当体积比为 ４∶１或
１∶４时，两种溶质的浓度分布保持一致，且与占比大的溶质作为纯溶液时运移情况相同。该现象区别于
常密度流体中两物质的各异性运移。变密度流体中，占比大的溶质主导对流与运移过程，使得占比小的
溶质跟随其进行运移，该量化分析结果与溶质分布观测结果一致。当 Ｒ ＝ １∶１ 时，荧光素钠与氯化钠的
ｖ
浓度分布介于两种纯溶液浓度分布之间，同样证明了变密度流体中混合物两种溶质的相互作用。
３．３ 溶质稀释 为了研究不同密度效应下溶质的稀释情况，采用通量相关的稀释指数进行量化。通量
－ １
３
相关的稀释指数（ Ｅ ，ｍ·ｓ ）表示，垂直于水流方向的截面上，运移有溶质的有效体积流量，其计算
Ｑ
公式为：
０
— １ ８ ３ —