Stirring, stretching and transport generated by a pair of like-signed vortices
Notice bibliographique
Résumé
We consider a pair of like-signed, initially elliptical vortices with uniform vorticity distribution embedded in an incompressible, inviscid fluid occupying a two-dimensional, infinite domain. We characterize this finite-time, aperiodic, dynamical system in terms of its fixed points and separatrices, which divide the flow into inner core, inner recirculation, outer recirculation regions and outer flow. We numerically simulate the time evolution of the vortex pair using a contour dynamics algorithm. The rotational and co-rotational motion of the vortices perturb the separatrices, which undergo to deformations, yielding a tangle whose complexity increases as the amplitude of the perturbation increases. We analyse the dynamics of the tangle and explain the transport of fluid between different regions. We use two diagnostics to quantify stirring: stretching of the interface and the mix-norm. These two diagnostics characterize stirring in contradicting ways and present different sensitivity to the parameters considered. We find that stretching is dominated by the chaotic advection induced within the inner core and inner recirculation regions, whereas the mix-norm is dominated by the laminar transport induced within the outer recirculation regions. For pairs of vortices of small aspect ratio, stretching is piecewise linear and the mix-norm does not decrease monotonically. We show that these two effects are strongly coupled and synchronized with the rotational motion of the vortices. Since the nominal domain is unbounded, we quantify stirring on three concentric, circular domains. One domain nearly encloses the outer separatrices of the vortex pair, one is smaller and one larger than the first one. We show that the mix-norm is very sensitive to the size of the domain, while stretching is not. To quantify the sensitivity of stirring to the geometry of the initial concentration field, we consider, as an initial scalar field, two concentrations delimited by a straight-line interface of adjustable orientation. We show that the interface passing through the centroids of the vortices is the one most efficiently stretched, while the initial concentration field with an orthogonal interface is the most efficiently stirred. Finally, we investigate the effects of the angular impulse on the stirring performance of the vortex pair. Stretching is very sensitive to the angular impulse, while the mix-norm is not. We show that there is a value of the angular impulse which maximizes stretching and argue that this is due to two competing mechanisms.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».