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Enregistrement W2508515543 · doi:10.1017/jfm.2016.488

Turbulent mixing due to the Holmboe wave instability at high Reynolds number

2016· article· en· W2508515543 sur OpenAlexaff
Hesam Salehipour, C. P. Caulfield, W. R. Peltier

Notice bibliographique

RevueJournal of Fluid Mechanics · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFluid Dynamics and Turbulent Flows
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesEngineering and Physical Sciences Research Council
Mots-clésUnicodePhysicsInstabilityTurbulenceReynolds numberRichardson numberMechanics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

We consider numerically the transition to turbulence and associated mixing in stratified shear flows with initial velocity distribution $\overline{U}(z,0)\,\boldsymbol{e}_{x}=U_{0}\,\boldsymbol{e}_{x}\tanh (z/d)$ and initial density distribution $\overline{\unicode[STIX]{x1D70C}}(z,0)=\unicode[STIX]{x1D70C}_{0}[1-\tanh (z/\unicode[STIX]{x1D6FF})]$ away from a hydrostatic reference state $\unicode[STIX]{x1D70C}_{r}\gg \unicode[STIX]{x1D70C}_{0}$ . When the ratio $R=d/\unicode[STIX]{x1D6FF}$ of the characteristic length scales over which the velocity and density vary is equal to one, this flow is primarily susceptible to the classic well-known Kelvin–Helmholtz instability (KHI). This instability, which typically manifests at finite amplitude as an array of elliptical vortices, strongly ‘overturns’ the density interface of strong initial gradient, which nevertheless is the location of minimum initial gradient Richardson number $Ri_{g}(0)=Ri_{b}=g\unicode[STIX]{x1D70C}_{0}d/\unicode[STIX]{x1D70C}_{r}U_{0}^{2}$ , where $Ri_{g}(z)=-([g/\unicode[STIX]{x1D70C}_{r}]\,\text{d}\overline{\unicode[STIX]{x1D70C}}/\text{d}z)/(\text{d}\overline{U}/\text{d}z)^{2}$ and $Ri_{b}$ is a bulk Richardson number. As is well known, at sufficiently high Reynolds numbers ( $Re$ ), the primary KHI induces a vigorous but inherently transient burst of turbulence and associated irreversible mixing localised in the vicinity of the density interface, leading to a relatively well-mixed region bounded by stronger density gradients above and below. We explore the qualitatively different behaviour that arises when $R\gg 1$ , and so the density interface is sharp, with $Ri_{g}(z)$ now being maximum at the density interface $Ri_{g}(0)=RRi_{b}$ . This flow is primarily susceptible to Holmboe wave instability (HWI) (Holmboe, Geophys. Publ., vol. 24, 1962, pp. 67–113), which manifests at finite amplitude in this symmetric flow as counter-propagating trains of elliptical vortices above and below the density interface, thus perturbing the interface so as to exhibit characteristically cusped interfacial waves which thereby ‘scour’ the density interface. Unlike previous lower- $Re$ experimental and numerical studies, when $Re$ is sufficiently high the primary HWI becomes increasingly more three-dimensional due to the emergence of shear-aligned secondary convective instabilities. As $Re$ increases, (i) the growth rate of secondary instabilities appears to saturate and (ii) the perturbation kinetic energy exhibits a $k^{-5/3}$ spectrum for sufficiently large length scales that are influenced by anisotropic buoyancy effects. Therefore, at sufficiently high $Re$ , vigorous turbulence is triggered that also significantly ‘scours’ the primary density interface, leading to substantial irreversible mixing and vertical transport of mass above and below the (robust) primary density interface. Furthermore, HWI produces a markedly more long-lived turbulence event compared to KHI at a similarly high $Re$ . Despite their vastly different mechanics (i.e. ‘overturning’ versus ‘scouring’) and localisation, the mixing induced by KHI and HWI is comparable in both absolute terms and relative efficiency. Our results establish that, provided the flow Reynolds number is sufficiently high, shear layers with sharp density interfaces and associated locally high values of the gradient Richardson number may still be sites of substantial and efficient irreversible mixing.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,024
Score d'incertitude au seuil0,048

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,198
Écart entre enseignants0,189 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations81
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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