Gravity currents in a two-layer stratified ambient: The theory for the steady-state (front condition) and lock-released flows, and experimental confirmations
Notice bibliographique
Résumé
We consider the propagation of a gravity current of density ρc at the bottom of a two-layer stratified ambient in a horizontal channel of height H, in the high-Reynolds number Boussinesq domain. The study emphasizes theoretical-analytical modeling, however, experimental and Navier-Stokes simulation data are also presented and their comparison with theory is discussed. The stratification parameters are S = (ρ1 − ρ2)/(ρc − ρ2) where ρ is the fluid density, and φ = h1R/H where h1R is the (unperturbed) ambient interface height. Here, 1 and 2 denote, respectively, the lower and upper layer and c denotes the gravity current. The reduced gravity is defined as g′ = (ρc/ρ2 − 1)g. Rigorous results are obtained for the steady-state analogue of the classical problem of Benjamin [J. Fluid Mech. 31, 209 (1968)]10.1017/S0022112068000133, in which the half-infinite gravity current has thickness h and speed U. We thereby demonstrate that the Froude number \documentclass[12pt]{minimal}\begin{document}${\cal F}= U/(g^{\prime } h)^{1/2}$\end{document}F=U/(g′h)1/2 is a function of a = h/H, S, and φ. In general, two solutions (or modes) may be realized. Issues of energy dissipation, sub- vs. supercriticality with respect to long internal waves and, more generally, the influence of upstream-propagating disturbances are discussed. For a gravity current released from a lock of height h0 and length x0, we derive an approximate shallow-water model and show that the motion is in this case governed by Ξ = H/h0, S, and φ. Although the shallow-water model neglects motion in the ambient layers and ignores the impact of propagation on stratification, the gravity current front speed in the slumping stage is in excellent agreement with measured data. Our theoretical solutions are consistent with previous results (in particular, Holyer and Huppert [J. Fluid Mech. 100, 739 (1980)] and Tan et al. [Environ. Fluid Mech. 11, 203 (2011)]), but have the advantages of being (i) derived without reliance on adjustable constants and ad hoc closures; (ii) applicable to a significantly broader range of dimensionless parameters; and (iii) better assessed by comparison against measured data. The present one-layer shallow-water approximation turns out to be a simple and versatile extension of existing models for homogeneous and linearly stratified ambients, and can be straightforwardly incorporated into the available prediction tools for gravity currents.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 ».