旋转对由 Faraday 不稳定性驱动的湍流混合的影响

采用直接数值模拟（DNS）研究了旋转对由 Faraday 不稳定性产生的、具有微小密度差异的两种可混溶流体湍流混合的影响。我们证明，在较低强迫振幅下，在次谐波不稳定性阶段，当 (f/\omega\right)^2<0.25 时（其中 \omega 为强迫频率），湍动能（t.k.e.）随 f 增大而增大。t.k.e. 增大会使 B_V 增大，从而增大总势能（TPE）。TPE 的一部分为可用势能（APE）。APE 的某些部分可通过 B_V 转化为 $t.k.e.$，其余部分则转化为内能，通过 \phi_i 增大背景势能（BPE）。剩余的 TPE 也通过 diapycnal 通量 \phi_d 转化为 BPE，导致不可逆混合。随着不稳定性饱和，不可逆混合停止。当 (f/\omega\right)^2 > 0.25 时，科里奥利力显著延迟次谐波不稳定性的发生。在此期间，初始浓度剖面扩散使 TPE 增大，最终耗散于 BPE。强旋转效应抑制 t.k.e.，因此 B_V 与 APE 变小，TPE 的大部分耗散为 BPE。由于当 $\left(f/\omega\right)^2 > 0.25$ 时不稳定性永不饱和，$B_V$ 保持非零，导致 TPE 持续增加。通过 $\phi_d$ 将 TPE 转化为 BPE 的过程持续进行，我们观察到长期的不可逆混合。在较高强迫振幅下，旋转的稳定效应可忽略，且湍流强度较弱且短暂。因此，当 $\left(f/\omega\right)^2<0.25$ 时不可逆混合现象也很快结束。然而，当 $\left(f/\omega\right)^2>0.25$ 时可观察到连续混合。我们发现，在较低强迫振幅与 (f/\omega)^2 > 0.25 的旋转率下，湍流混合是高效的。