旋转对分层流中尾流涡旋的影响

在弗劳德数$Fr = 0.15$和罗斯比数$Ro = 0.15$、$0.75$和$\infty$下，模拟了孤立锥形海山后的分层尾流。与未分层、非旋转的情况不同，尾流呈现出卡门涡街。从大尺度全局模态以及空间局域涡旋演化的角度研究了涡旋结构，重点关注旋转效应。通过谱本征正交分解（SPOD）提取全局模态。对于所研究的三个$Ro$（涵盖中尺度、亚中尺度和非旋转情况），不同高度处SPOD模态的频率保持耦合为全局常数。然而，SPOD模态的形状从零旋转（$Ro=\infty$）时的倾斜“舌状”变为强旋转（$Ro=0.15$）时的高山丘高度柱状。一种新的涡旋中心追踪方法表明，在所有三种情况下，不同高度的涡旋在近尾流之后以约$0.9U_{\infty}$的速度均匀平流，这与全局模态缺乏变化一致。在系统旋转下，气旋式涡旋（CV）和反气旋式涡旋（AV）呈现出相当大的不对称性，尤其是在$Ro=0.75$时。使用以识别出的涡旋中心为条件的统计量，追踪了下游的涡量分布以及AV的稳定性。在$Ro=0.75$时，观察到相对涡量高达$\omega_z/f_{\rm c}=-2.4$的强AV，伴有小范围的不稳定区域，但所有AV都向更稳定的状态演化。最近考虑了分层和粘性的稳定性分析被发现改进了早期准则。