Simulación Numérica Directa de una Interfaz de Modelo de Cima de Nube Cálida: Impacto de la Mezcla Transitoria en Diferentes Poblaciones de Gotas
Autores: Bhowmick, Taraprasad; Iovieno, Michele
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Simulación Numérica Directa de una Interfaz de Modelo de Cima de Nube Cálida: Impacto de la Mezcla Transitoria en Diferentes Poblaciones de Gotas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Mezcla turbulenta
Espectro de gotas de nube
Entrada de aire
Salida de aire
Energía cinética turbulenta
Fluctuaciones de supersaturación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La mezcla turbulenta a través de la interfaz entre nubes atmosféricas y aire claro juega un papel importante en la vida de una nube. La incorporación y expulsión de aire claro y volumen nublado resultan en una mezcla a través de la interfaz, lo que amplía el espectro de gotas de nube. En este estudio, simulamos la evolución transitoria de una interfaz de nube turbulenta con tres poblaciones iniciales de gotas de nube mono-disperas, utilizando una Simulación Numérica Directa (DNS) pseudo-espectral junto con ecuaciones lagrangianas de gotas, que incluyen colisión y coalescencia. La evolución transitoria de la energía cinética turbulenta (TKE) en la nube, la densidad de vapor de agua y la temperatura se lleva a cabo como un problema de valor inicial que exhibe un decaimiento transitorio. La mezcla entre el aire claro y el volumen nublado produjo fluctuaciones turbulentas en la densidad de vapor de agua y la temperatura, resultando en fluctuaciones de supersaturación. La turbulencia a pequeña escala, las condiciones locales de supersaturación y las fuerzas gravitacionales tienen diferentes pesos en la población de gotas dependiendo de sus tamaños. Las poblaciones de gotas más grandes, con radios iniciales de 25 y 18 m, muestran un crecimiento significativo por colisión de gotas y una mayor tasa de sedimentación gravitacional. Sin embargo, las gotas más pequeñas, con un radio inicial de 6 m, no mostraron ninguna colisión, pero sí una gran ampliación de la distribución de tamaños debido a la condensación/evaporación diferencial inducida por la mezcla, sin ser influenciadas significativamente por la gravedad.
Descripción
La mezcla turbulenta a través de la interfaz entre nubes atmosféricas y aire claro juega un papel importante en la vida de una nube. La incorporación y expulsión de aire claro y volumen nublado resultan en una mezcla a través de la interfaz, lo que amplía el espectro de gotas de nube. En este estudio, simulamos la evolución transitoria de una interfaz de nube turbulenta con tres poblaciones iniciales de gotas de nube mono-disperas, utilizando una Simulación Numérica Directa (DNS) pseudo-espectral junto con ecuaciones lagrangianas de gotas, que incluyen colisión y coalescencia. La evolución transitoria de la energía cinética turbulenta (TKE) en la nube, la densidad de vapor de agua y la temperatura se lleva a cabo como un problema de valor inicial que exhibe un decaimiento transitorio. La mezcla entre el aire claro y el volumen nublado produjo fluctuaciones turbulentas en la densidad de vapor de agua y la temperatura, resultando en fluctuaciones de supersaturación. La turbulencia a pequeña escala, las condiciones locales de supersaturación y las fuerzas gravitacionales tienen diferentes pesos en la población de gotas dependiendo de sus tamaños. Las poblaciones de gotas más grandes, con radios iniciales de 25 y 18 m, muestran un crecimiento significativo por colisión de gotas y una mayor tasa de sedimentación gravitacional. Sin embargo, las gotas más pequeñas, con un radio inicial de 6 m, no mostraron ninguna colisión, pero sí una gran ampliación de la distribución de tamaños debido a la condensación/evaporación diferencial inducida por la mezcla, sin ser influenciadas significativamente por la gravedad.