Prandtl number effects on extreme mixing events in forced stratified turbulence
Notice bibliographique
Résumé
Relatively strongly stratified turbulent flows tend to self-organise into a ‘layered anisotropic stratified turbulence’ (LAST) regime, characterised by relatively deep and well-mixed density ‘layers’ separated by relatively thin ‘interfaces’ of enhanced density gradient. Understanding the associated mixing dynamics is a central problem in geophysical fluid dynamics. It is challenging to study LAST mixing, as it is associated with Reynolds numbers $Re := UL/\nu \gg 1$ and Froude numbers $Fr :=(2{\rm \pi} U)/(L N) \ll 1$ ( $U$ and $L$ being characteristic velocity and length scales, $\nu$ the kinematic viscosity and $N$ the buoyancy frequency). Since a sufficiently large dynamic range (largely) unaffected by stratification and viscosity is required, it is also necessary for the buoyancy Reynolds number $Re_{b} := \epsilon /(\nu N^{2}) \gg 1$ , where $\epsilon$ is the (appropriately volume-averaged) turbulent kinetic energy dissipation rate. This requirement is exacerbated for oceanically relevant flows, as the Prandtl number $Pr := \nu /\kappa = {O}(10)$ in thermally stratified water (where $\kappa$ is the thermal diffusivity), thus leading (potentially) to even finer density field structures. We report here on four forced fully resolved direct numerical simulations of stratified turbulence at various Froude ( $Fr=0.5, 2$ ) and Prandtl ( $Pr=1, 7$ ) numbers forced so that $Re_{b}=50$ , with resolutions up to $30\,240 \times 30\,240 \times 3780$ . We find that, as $Pr$ increases, emergent ‘interfaces’ become finer and their contribution to bulk mixing characteristics decreases at the expense of the small-scale density structures populating the well-mixed ‘layers’. However, extreme mixing events (as quantified by significantly elevated local destruction rates of buoyancy variance $\chi _0$ ) are always preferentially found in the (statically stable) interfaces, irrespective of the value of $Pr$ .
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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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».