Generación de Vorticidad Potencial en Olas de Gravedad en Ruptura
Autores: Waite, Michael L.; Richardson, Nicholas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Vorticidad potencial
Flujos estratificados
Viscosidad
Difusión
Simulaciones numéricas
Enstrofia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
La vorticidad potencial (PV) es una cantidad importante en flujos estratificados porque se conserva siguiendo el flujo en ausencia de forzamiento y efectos viscosos y difusivos. Sin embargo, como se ha demostrado en trabajos anteriores sobre turbulencia no estratificada, la viscosidad y la difusión, cuando están presentes, no son puramente disipativas y pueden crear vorticidad potencial incluso cuando no hay ninguna presente inicialmente. En este trabajo, utilizamos simulaciones numéricas directas para investigar la generación viscosa y difusiva de vorticidad potencial y enstrofia potencial (PV cuadrado integrado) en turbulencia estratificada. Las simulaciones se inicializan con una ola interna de gravedad de pie bidimensional, que no tiene vorticidad potencial aparte de un ruido aleatorio de bajo nivel; como resultado, toda la vorticidad potencial y enstrofia proviene de efectos viscosos y difusivos. Se encuentra una enstrofia potencial significativa cuando la ola de pie se rompe, y la enstrofia potencial máxima aumenta con el número de Reynolds. El mecanismo para la generación inicial de PV es la difusión en la dirección de la vorticidad de flotabilidad, que crece a medida que la ola de pie se convierte en tridimensional, en la dirección de la vorticidad de spanwise. Los términos viscosos y difusivos responsables son de pequeña escala y son sensibles a la subresolución, por lo que se requiere alta resolución para obtener resultados robustos.
Descripción
La vorticidad potencial (PV) es una cantidad importante en flujos estratificados porque se conserva siguiendo el flujo en ausencia de forzamiento y efectos viscosos y difusivos. Sin embargo, como se ha demostrado en trabajos anteriores sobre turbulencia no estratificada, la viscosidad y la difusión, cuando están presentes, no son puramente disipativas y pueden crear vorticidad potencial incluso cuando no hay ninguna presente inicialmente. En este trabajo, utilizamos simulaciones numéricas directas para investigar la generación viscosa y difusiva de vorticidad potencial y enstrofia potencial (PV cuadrado integrado) en turbulencia estratificada. Las simulaciones se inicializan con una ola interna de gravedad de pie bidimensional, que no tiene vorticidad potencial aparte de un ruido aleatorio de bajo nivel; como resultado, toda la vorticidad potencial y enstrofia proviene de efectos viscosos y difusivos. Se encuentra una enstrofia potencial significativa cuando la ola de pie se rompe, y la enstrofia potencial máxima aumenta con el número de Reynolds. El mecanismo para la generación inicial de PV es la difusión en la dirección de la vorticidad de flotabilidad, que crece a medida que la ola de pie se convierte en tridimensional, en la dirección de la vorticidad de spanwise. Los términos viscosos y difusivos responsables son de pequeña escala y son sensibles a la subresolución, por lo que se requiere alta resolución para obtener resultados robustos.