湍流气泡破碎级联。第二部分：破碎波的数值模拟
流体动力学
2020-12-10 v1 大气与海洋物理
摘要
破碎波产生随时间演化的气泡尺寸分布。了解该分布如何演化对海事与气候研究具有实际重要性。第一部分发展的解析框架考察了这种演化如何由从大气泡到小气泡的质量通量所支配，该通量取决于破碎事件速率与子气泡尺寸分布。在第二部分中，这些统计量通过对破碎波系综进行模拟并识别与追踪单个气泡及其破碎事件，作为时间的系综平均函数来测量。破碎动力学在统计上为非定常，并识别出具有不同特征的两个区间。在第一区间，耗散率与气泡质量通量为准定常，第一部分的理论分析得到所有观测统计量的支持，包括超 Hinze 尺度尺寸分布预期的 -10/3 幂律指数。在相应的气泡质量通量中观察到强局域性，支持超 Hinze 尺度破碎级联的存在。在第二区间，耗散率衰减，且随着小与中等尺寸气泡变得更多，气泡质量通量增加。该通量保持强局域并具级联状行为，但尺寸分布的主导幂律指数增至 -8/3，因为小气泡也更快耗尽。这表明在破碎波演化的不同阶段出现了不同的物理机制，尽管尺寸局域破碎仍是主导主题。第一部分与第二部分提出了用于两相流中群体平衡分析的解析工具包。
引用
@article{arxiv.2009.04804,
title = {The turbulent bubble break-up cascade. Part 2. Numerical simulations of breaking waves},
author = {Wai Hong Ronald Chan and Perry L. Johnson and Parviz Moin and Javier Urzay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.04804},
year = {2020}
}
备注
Under review for the Journal of Fluid Mechanics. Several figure placements were affected by arXiv's processing; contact authors for the original submitted manuscript