层流起始羽流中的自然对流与强制对流

起始羽流或射流具有一个明确演化的头部，该头部由局部浮力通量或动量通量（或两者共同）驱动，穿过周围静止流体。我们研究了从小型淹没出口以恒定浮力流体通量产生的起始羽流的标度关系和形态。这些羽流是层流的，并覆盖了广泛的羽流理查德森数 Ri。Ri 是浮力与惯性效应的无量纲比值，因此我们的测量跨越了浮力驱动羽流与动量驱动射流之间的转变。我们发现，用 Ri 无量纲化的羽流上升速度与出口管道中注入流体的雷诺数 Re 呈幂律关系。我们还发现，当跨越浮力驱动流与动量驱动流之间的阈值时，存在两种截然不同的羽流头部形态：在 Ri > 1 状态下产生的受限头部，以及在 Ri < 1 状态下发现的分散头部。头部分散是由头部内翻转运动的破坏以及羽流外部的局部开尔文-亥姆霍兹不稳定性引起的。