倾斜分层交换流的长波不稳定性
流体动力学
2023-09-20 v1
摘要
我们研究了倾斜二维通道中两层分层剪切流在非零纵向重力作用下的线性不稳定性。我们揭示了三种此前未知的不稳定性，它们不同于著名的开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）和霍尔姆博埃波不稳定性（HWI），因为它们具有更长的波长（约为 10 至 剪切层深度量级）且通常增长更慢。重要的是，它们可以在梯度理查森数 的背景流中增长，这为强分层流中维持湍流和混合提供了新机制。这些不稳定性被证明是普遍的，且对雷诺数 、普朗特数 、基流剖面和边界条件相对不敏感。通过强制直接数值模拟研究了这些不稳定性的非线性演化，其中背景动量和密度得以维持。在初始对短波不稳定性稳定的背景流中长不稳定波的增长导致局部梯度理查森数降低。这引发局部非线性过程，产生类似开尔文-亥姆霍兹滚涡的小尺度翻转。我们的结果建立了一条新的能量交换路径，其中强分层流的平均动能被初级不稳定长波和次级短波提取，随后耗散为内能。
引用
@article{arxiv.2309.10056,
title = {Long-wave instabilities of sloping stratified exchange flows},
author = {Lu Zhu and Amir Atoufi and Adrien Lefauve and Rich R. Kerswell and P. F. Linden},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.10056},
year = {2023}
}