湍流热泡的浮力运动
大气与海洋物理
2018-10-17 v1 流体动力学
摘要
通过引入磁静力学与控制浮力运动的方程组之间的等价性，我们推导了孤立密度异常（即热泡）加速度的解析表达式。特别地，我们研究了浮力加速度，定义为阿基米德浮力 与相关的扰动压力梯度之和。对于均匀球形热泡的情况，异常流体以 加速，将教科书关于实心球诱导质量的结果推广到流体球的情形。对于更一般的椭球形热泡，我们表明浮力加速度是椭球纵横比的一个简单解析函数。通过分析 下热泡的直接数值模拟，探讨了这些理想化均匀密度结果对湍流热泡的适用性。我们发现，我们的结果完全刻画了热泡在与其长度相当的距离上的初始运动。超出这一浮力主导区后，热泡发展出椭球状涡旋环流并开始夹带环境流体。我们的解析表达式不能描述这种成熟热泡的总加速度，但仍能准确地将浮力加速度与热泡的平均阿基米德浮力及纵横比联系起来。因此，我们的解析公式为估计湍流热泡的浮力加速度提供了一种简单直接的手段。
引用
@article{arxiv.1809.08672,
title = {Buoyant Motion of a Turbulent Thermal},
author = {Nathaniel Tarshish and Nadir Jeevanjee and Daniel Lecoanet},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.08672},
year = {2018}
}