基于同步速度-密度测量的重力流卷吸与混合

重力流通过卷吸环境流体来改变其流动特性，这取决于多种控制参数，如初始密度$\Delta \rho$、流体总初始高度$H$，以及释放地形的坡度$\alpha$。依据这些参数，重力流可划分为亚临界、临界或超临界。为清晰理解控制流动物理、剪切层厚度$\delta_{u}$与混合层厚度$\delta_{\rho}$的混合转捩，研究重力流的卷吸动力学势在必行。实验在锁交换装置中进行，其中高密度流体与周围环境轻流体由闸门分隔。闸门瞬时开启后，形成能量守恒的重力流，其唯一控制参数为以$Re=\frac{Uh}{\nu}$定义的雷诺数，其中$U$为重力流前缘速度，$h$为流层高度。在我们的研究中，体理查森数$Ri_{b}$=$\frac{g^{'}H}{U_{b}^{2}}$=1对所有实验取常值，$U_{b}$为以$U_{b}$=$\sqrt{g^{'}H}$定义的层体速度。采用同步粒子图像测速（PIV）与平面激光诱导荧光（PLIF）测量技术获取速度与密度统计。使用基于通量的方法计算卷吸系数E$_{F}$，对应实验雷诺数范围为$Re\approx$400-13000。结果显示在$Re\approx$2700处存在混合转捩，归因于流动从弱Holmboe波向Kelvin-Helmholtz型不稳定的转变。