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Regímenes de flujo axisimétrico y leyes de escalado en un anillo rotatorio con forzamiento convectivo local

Autores: Wright, Susie; Su, Sylvie; Scolan, Hélène; Young, Roland M. B.; Read, Peter L.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2017

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Acceso abierto

Artículo científico
2017

Regímenes de flujo axisimétrico y leyes de escalado en un anillo rotatorio con forzamiento convectivo local


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Estudio numérico
Flujo axisimétrico
Anillo rotatorio
Forzamiento térmico
Convección
Circulación planetaria

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Presentamos un estudio numérico del flujo axisimétrico en un anillo rotatorio en el que la forzamiento térmico local, a través de un anillo anular calentado en el exterior de la base y un disco circular enfriado en el centro de la superficie superior, impulsa la convección. Esta nueva configuración es una variante del anillo térmicamente impulsado clásico, donde se aplica calefacción y enfriamiento uniforme a través de las paredes laterales exteriores e interiores, respectivamente. El anillo proporciona un análogo a una circulación planetaria y se espera que la nueva configuración, con sus condiciones de frontera térmica vertical más relajadas, emule mejor la convección vigorosa en los trópicos y regiones polares, así como la inestabilidad baroclínica en la zona baroclínica de media latitud. Utilizando el código del Laboratorio de Anillo Rotatorio de la Oficina Meteorológica/Oxford (MORALS), hemos investigado una serie de flujos axisimétricos bidimensionales equilibrados a través de una gran región del espacio de parámetros. Estos se caracterizan en términos de sus campos de velocidad y temperatura. Cuando se aplica rotación, se pueden identificar varios regímenes de flujo distintos para diferentes tasas de rotación y fuerzas de calentamiento diferencial. Estos regímenes se definen como una función de la relación entre el grosor de la capa de Ekman horizontal y el grosor de la capa de frontera térmica no rotativa, y se encuentran similares a los identificados en experimentos de anillo anteriores. También se considera la convección sin rotación y se calcula la escala del transporte de calor con el número de Rayleigh. Esto se compara luego con trabajos existentes sobre el anillo clásico, así como la convección horizontal y de Rayleigh-Bénard. Al igual que en estudios anteriores sobre convección rotativa y no rotativa, se encuentra que el comportamiento del sistema depende de la relación de aspecto. Esta dependencia se observa en la escala del número de Nusselt no rotativo y en las transiciones entre regímenes en el caso rotativo, aunque se requiere una investigación adicional para explicar completamente estas observaciones.

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