将边缘冰区建模为基于离散元模型数据推断的稠密颗粒流动
流体动力学
2024-10-25 v2
摘要
边缘冰区（MIZ）代表海冰覆盖的外缘。在该区域，海冰的宏观行为源于冰块之间的碰撞和持续接触。这种配置类似于稠密颗粒流动，这些流动已成功地使用μ(I) rheology进行建模。本文提出一种基于μ(I) rheology的连续模型，将海冰视为可压缩流体，局部海冰浓度由稀释函数Φ(I)给出。我们通过非线性回归推导μ(I)和Φ(I)，使用考虑多边形形状冰块的离散元方法（DEM）生成的数据。我们通过驱动一个一维流动的海洋当前来实现这一点。得到的连续模型是一个具有海冰速度、局部浓度和压力为未知数的非线性方程组。该流变学由塑性项和粘性项之和给出。在周期性海洋块的上下文中，这实际上是一个一维问题，在稳态条件下，我们证明了该系统是 well-posed的，提出了求解其数值算法，并将其解与DEM的解进行比较。这些比较表明，连续模型能够准确捕捉大部分DEM结果。连续模型在海流速度大于0.25 m/s时尤其准确；然而对于低浓度和缓慢的海流，连续模型在捕捉DEM结果方面不够有效。在后一种情况下，连续模型的准确性不足伴随着从DEM中提取的平均剪切应力与集成海洋阻力之间的平衡失效。
引用
@article{arxiv.2405.08123,
title = {Modeling sea ice in the marginal ice zone as a dense granular flow with rheology inferred from discrete element model data},
author = {Gonzalo G. de Diego and Mukund Gupta and Skylar A. Gering and Rohaiz Haris and Georg Stadler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.08123},
year = {2024}
}