均匀与稳定层结剪切流中的短波二次不稳定性
流体动力学
2022-11-28 v2
摘要
我们对均匀与层结环境中开尔文-亥姆霍兹（KH）涡中的三维短波线性不稳定性进行了数值研究。基于初始一维速度与浮力剖面定义的雷诺数与理查森数刻画了由二维数值模拟生成的基流。随后在假定为准定常的涡基流中的闭合流线上求解局部稳定性方程。对于非层结情形，涡核处的椭圆不稳定性在早期占主导，之后被涡边缘的双曲不稳定性取代。对于层结情形，早期不稳定性包括核处主导的椭圆不稳定性，以及受层结强烈影响的涡边缘双曲不稳定性。在中间时刻，局部方法显示出一支在涡核涌现并随后向涡边缘移动的新不稳定分支（对流分支）。更多对流不稳定分支在涡核出现并移出，最终在较晚时刻合并形成涡外围内最不稳定区域。局部方法得到的主导不稳定性特征与均匀和层结情形下全局不稳定性研究的结果在定性上吻合良好。随后利用分区分析阐明剪切与层结对所识别不稳定性的作用。结果表明浮力的作用在初次 KH 不稳定性饱和后至关重要，主导的对流不稳定性出现在静力不稳定层结最强的区域。最后我们强调局部方法在理解其他流动中二次不稳定性方面可能提供的深刻见解。
引用
@article{arxiv.1712.05868,
title = {Short-wavelength secondary instabilities in homogeneous and stably stratified shear flows},
author = {H. M. Aravind and Manikandan Mathur and Thomas Dubos},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05868},
year = {2022}
}
备注
Submitted to J. Fluid Mech., 20 pages, 10 figures