Stratified inclined duct: two-layer hydraulics and instabilities
Notice bibliographique
Résumé
The stratified inclined duct (SID) sustains an exchange flow in a long, gently sloping duct as a model for continuously forced density-stratified flows such as those found in estuaries. Experiments have shown that the emergence of interfacial waves and their transition to turbulence as the tilt angle is increased appears to be linked to a threshold in the exchange flow rate given by inviscid two-layer hydraulics. We uncover these hydraulic mechanisms by (i) using recent direct numerical simulations (DNS) providing full flow data in the key flow regimes (Zhu et al. , J. Fluid Mech. , vol. 969, 2023, A20), (ii) averaging these DNS into two layers, and (iii) using an inviscid two-layer shallow-water and instability theory to diagnose interfacial wave behaviour and provide physical insight. The laminar flow is subcritical and stable throughout the duct and hydraulically controlled at the ends of the duct. As the tilt is increased, the flow becomes supercritical everywhere and unstable to long waves. An internal jump featuring stationary waves first appears near the centre of the duct, then leads to larger-amplitude travelling waves, and to stronger jumps, wave breaking and intermittent turbulence at the largest tilt angle. Long waves described by the (nonlinear) shallow-water equation are interpreted locally as linear waves on a two-layer parallel base flow described by the Taylor–Goldstein equation. This link helps us to interpret long-wave instability and contrast it with short-wave (e.g. Kelvin–Helmholtz) instability. Our results suggest a transition to turbulence in SID through long-wave instability relying on vertical confinement by the top and bottom walls.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| 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 tête enseignante, 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 ».