层结旋转流振幅调制的实验与长期高性能计算研究
流体动力学
2020-08-24 v1
摘要
本文描述了针对层结旋转不稳定性（SRI）新特异性行为的实验与高性能计算联合研究。将低频粒子图像测速（PIV）实验数据与直接数值模拟进行对比，揭示了SRI中尚未观察到的非线性现象与图样，这有助于我们理解天体物理流动，特别是与吸积盘理论相关的现象。为研究这些SRI相关现象而设计的实验采用经典泰勒-库埃特（TC）系统，由两根可独立旋转的同轴圆柱组成，在轴向温度梯度导致的稳定密度层结下工作。在本研究中，弗劳德数介于1.5<F<4，雷诺数介于300<Re<1300，内外圆柱转速比固定为0.35，该值略小于开普勒速度剖面但超出瑞利极限。直接数值模拟采用相同的实验构型，使用并行高阶紧致格式不可压缩代码求解布辛涅斯克方程。模拟与实验均揭示，与近期线性稳定性分析一致，当雷诺数增大时SRI流动回归稳定。数值与实验中均观测到由两个竞争螺旋波模态引起的低频速度振幅调制，此前未见报道。
引用
@article{arxiv.2004.07112,
title = {Experiments and long-term High Performance Computations on amplitude modulations of strato-rotational flows},
author = {G. Meletti and S. Abide and S. Viazzo and A. Krebs and U. Harlander},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.07112},
year = {2020}
}
备注
20 pages, 14 figures, submitted to the journal 'Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics'