弱流对皱褶区风生波的影响
流体动力学
2020-12-09 v2
摘要
我们在规则波起始风速以下，数值研究了弱流对风生表面变形的影响。在该 regime 下，液体表面布满沿风向拉长的无序小变形，称为皱褶（wrinkles）。这些皱褶是由空气中湍流边界层内传播的压力涨落所产生的非相干尾流的叠加。在本工作中，我们通过引入修正的多普勒频移色散关系（在黏性与流速的最低阶下），在 Perrard 等人（2019）先前推导的谱理论中考虑液体中弱剪切流（纵向或横向）的效应。该理论描述了由给定湍流强迫激发的表面变形的简化单向问题，从而忽略空气侧波对湍流的反馈。强迫取自一组湍流槽道流动的直接数值模拟。我们确定了皱褶属性（尺寸与振幅）随液体黏度和流属性（表面速度、厚度与方向）的变化关系。我们发现流对皱褶几何有显著修正：横向流使皱褶倾斜，纵向流使皱褶呈现更精细的尺度。然而，其特征尺寸受微弱影响，其振幅保持与流无关。我们讨论了这些结果对更大风速下规则波起始的影响。在本工作中，我们引入了一种基于靠近波色散关系的细化网格划分的谱插值方法来评估表面变形场。该方法可推广到任意由随机强迫激发的色散系统，能以低计算成本强烈降低离散化效应。
引用
@article{arxiv.1912.07131,
title = {Effect of a weak current on wind-generated waves in the wrinkle regime},
author = {C. Nove-Josserand and S. Perrard and A. Lozano-Duran and M. Benzaquen and M. Rabaud and F. Moisy},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.07131},
year = {2020}
}