分层 Taylor--Couette 流中的非线性波. 第 2 部分. 浮力通量
流体动力学
2016-09-12 v1
摘要
本文是关于轴向分层 Taylor--Couette 流（外圆柱固定）中混合（即层的形成与浮力上涌）两部分研究的第二部分。在第一篇论文中，我们证明了该流动的动力学由非线性波叠加构成的相干结构主导。(混合)带状结构和(混合)交叉螺旋结构由一对具有相反“手性”的线性不稳定螺旋模式之间的相互作用产生，并且似乎负责形成充分混合的层和尖锐的密度界面。在本文中，我们证明这些结构也完全对模拟中向上的浮力通量负责。发生这种情况的机制是能量最强波的密度分量与垂直速度分量之间的正向耦合。这种耦合主要由低 Schmidt 数 Sc 下的密度扩散引起，但在较大 Sc 下也可能是一种非线性效应。发现在 Sc=1,10,16 时湍流对浮力通量的贡献为负，这导致如下结论：质量上涌是混沌平流的后果，即使在大 Reynolds 数下也是如此。因此，人为地分离相干结构可以得到来自 DNS 的通量 Richardson 数 Ri_f 的极佳估计。我们还使用了 Winters et al. (1995) 的理论框架来分析开放控制体积中的混合能量学，阐明了端部效应对势能收支的影响。还讨论了与 Oglethorpe et al. (2013) 近期实验中浮力通量测量的潜在联系。
引用
@article{arxiv.1609.02886,
title = {Nonlinear waves in stratified Taylor--Couette flow. Part 2. Buoyancy flux},
author = {Colin Leclercq and Jamie L. Partridge and Colm-Cille P. Caulfield and Stuart B. Dalziel and Paul F. Linden},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.02886},
year = {2016}
}