线性分层流体中下落反应球形粒子的动力学
流体动力学
2025-05-16 v1 地球物理
摘要
受众多地球物理应用驱动，我们在大雷诺数（）与弗劳德数 regime 下，开展了反应（即熔化）实心球在分层环境中受重力自由下落的实验室实验。我们将结果与同 regime 下的非反应球进行比较。首先，我们在更大的 值下确认了先前于低和中等 Re 下观测到的分层阻力增强（Magnaudet and Mercier, 2020）。我们还展示了由熔化引起的甚至更显著的阻力增强，远大于分层引起的增强。我们认为两种增强机制相似，均源于由浮力效应及关联斜压力矩所确立的涡量场特定结构，正如 Zhang 等人（2019）对分层所阐释的。利用粒子图像测速技术，我们随后刻画了由球尾流产生的内波场的长期演化（在时间 ，其中 为 Br"unt-V"ais"al"a 频率）。测得波场在反应球与惰性球间相似：事实上，每个球下落可视为时间与水平方向上的准脉冲性能量源，因为下落时间（ resp. 球半径）远小于 （ resp. 小于水槽宽度）。内重力波由尾流湍流在宽谱上产生，其中衰减最小的分量为 Br"unt-V"ais"al"a 频率与最大容许水平波长。每个球约 1% 的初始势能转化为内波中的动能，在探索范围内与弗劳德数无显著依赖关系。
引用
@article{arxiv.2010.12276,
title = {Dynamics of a reactive spherical particle falling in a linearly stratified fluid},
author = {Ludovic Huguet and Victor Barge-Zwick and Michael Le Bars},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.12276},
year = {2025}
}