La Influencia del Gradiente de Gravedad en el Flujo Estratificado Sin Inercia y la Estructura de Vórtice sobre un Obstáculo en un Canal Estrecho
Autores: Grewal, Karanvir Singh; Khayat, Roger E.; Ogden, Kelly A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
La Influencia del Gradiente de Gravedad en el Flujo Estratificado Sin Inercia y la Estructura de Vórtice sobre un Obstáculo en un Canal Estrecho
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Variación de gravedad
Estratificación de densidad
Análisis de flujo baroclínico
Olas internas
Vórtices
Fluidos estratificados
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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El estudio actual examina la influencia de un campo gravitacional variable y su interacción con la estratificación de densidad. Esto representa un área novedosa en el análisis del flujo baroclínico. Se muestra que las estructuras clásicas de vórtices y ondas internas en flujos estratificados se modifican significativamente cuando la gravedad varía con la altura. Los vórtices pueden desplazarse, estirarse o debilitarse dependiendo de la dirección y la intensidad de la variación gravitacional, y las ondas internas desarrollan asimetrías o atenuación que no están presentes bajo gravedad constante. Examinamos la influencia de la variación de la gravedad en el flujo de fluidos homogéneos y estratificados por densidad en un canal con topografía que consiste en un obstáculo gaussiano situado en el fondo del canal. El flujo es sin inercia, inducido por la traducción de la placa superior. Se asume que tanto la densidad como la gravedad varían linealmente con la altura, siendo la densidad mínima en la placa superior en movimiento. Se utiliza el enfoque de estrecho intervalo para generar el campo de flujo en términos del gradiente de presión a lo largo de la placa superior, que, a su vez, se obtiene en función de la topografía inferior y los tres parámetros del problema, a saber, el número de Froude y los gradientes de densidad y gravedad. La función de corriente resultante es un polinomio de quinto orden en la coordenada vertical. En ausencia de estratificación, el flujo es suave, afectado ligeramente por la topografía variable, con una caída esencialmente lineal en la presión inducida por la contracción. Para un fluido débilmente estratificado, las líneas de corriente se distorsionan en forma de ondas gravitacionales estacionarias. Para una estratificación más fuerte, ocurre separación, y generalmente aparece un par de vórtices a ambos lados del obstáculo, cuyo tamaño depende fuertemente de los parámetros del flujo. La influencia de la estratificación gravitacional está estrechamente relacionada con la de la densidad. Examinamos condiciones donde el acoplamiento impacta los campos de presión y velocidad, particularmente el inicio de ondas gravitacionales y flujo de vórtices. Solo se necesita un leve gradiente de densidad para que ocurra la separación del flujo. También se investiga la influencia de la amplitud y el ancho del obstáculo.
Descripción
El estudio actual examina la influencia de un campo gravitacional variable y su interacción con la estratificación de densidad. Esto representa un área novedosa en el análisis del flujo baroclínico. Se muestra que las estructuras clásicas de vórtices y ondas internas en flujos estratificados se modifican significativamente cuando la gravedad varía con la altura. Los vórtices pueden desplazarse, estirarse o debilitarse dependiendo de la dirección y la intensidad de la variación gravitacional, y las ondas internas desarrollan asimetrías o atenuación que no están presentes bajo gravedad constante. Examinamos la influencia de la variación de la gravedad en el flujo de fluidos homogéneos y estratificados por densidad en un canal con topografía que consiste en un obstáculo gaussiano situado en el fondo del canal. El flujo es sin inercia, inducido por la traducción de la placa superior. Se asume que tanto la densidad como la gravedad varían linealmente con la altura, siendo la densidad mínima en la placa superior en movimiento. Se utiliza el enfoque de estrecho intervalo para generar el campo de flujo en términos del gradiente de presión a lo largo de la placa superior, que, a su vez, se obtiene en función de la topografía inferior y los tres parámetros del problema, a saber, el número de Froude y los gradientes de densidad y gravedad. La función de corriente resultante es un polinomio de quinto orden en la coordenada vertical. En ausencia de estratificación, el flujo es suave, afectado ligeramente por la topografía variable, con una caída esencialmente lineal en la presión inducida por la contracción. Para un fluido débilmente estratificado, las líneas de corriente se distorsionan en forma de ondas gravitacionales estacionarias. Para una estratificación más fuerte, ocurre separación, y generalmente aparece un par de vórtices a ambos lados del obstáculo, cuyo tamaño depende fuertemente de los parámetros del flujo. La influencia de la estratificación gravitacional está estrechamente relacionada con la de la densidad. Examinamos condiciones donde el acoplamiento impacta los campos de presión y velocidad, particularmente el inicio de ondas gravitacionales y flujo de vórtices. Solo se necesita un leve gradiente de densidad para que ocurra la separación del flujo. También se investiga la influencia de la amplitud y el ancho del obstáculo.