运动不对称性：涡环穿越密度梯度
流体动力学
2023-04-12 v1
摘要
涡环对于水下推力产生至关重要。在海洋中，自推进中型浮游动物在弱层化流体中游动时会产生涡旋。尽管在野外和实验室实验中已观察到大规模生物源输运现象，但关于诱导涡环随其传播方向相对于密度梯度的演化却鲜有研究。本研究考察了孤立涡环穿越稳定两层系统界面时的演化，并将其作为相对于重力的平移方向的函数进行分析。利用平面激光诱导荧光（PLIF）对涡环尺寸和位置进行可视化，并考察由粒子图像测速（PIV）导出的诱导涡量场。研究发现，斜压涡量的产生显著影响了穿越密度界面的涡环传播。因此，从高密度流体向低密度流体传播与从低密度流体向高密度流体传播的涡环之间任何预期的对称性均被打破。进而，由于压力和密度梯度的错位，涡环的最大穿透深度出现在涡环逆密度梯度传播的情形中。我们的结果对海洋环境中局部生态系统的表征具有深远影响。
引用
@article{arxiv.2302.08555,
title = {Asymmetry of motion: vortex rings crossing a density gradient},
author = {Yunxing Su and Monica M. Wilhelmus and Roberto Zenit},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.08555},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 5 figures