El Efecto de la Longitud del Dominio y el Ruido de Inicialización en la Simulación Numérica Directa de la Turbulencia Estratificada por Cizallamiento
Autores: Palma, Vashkar; MacDonald, Daniel; Raessi, Mehdi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
El Efecto de la Longitud del Dominio y el Ruido de Inicialización en la Simulación Numérica Directa de la Turbulencia Estratificada por Cizallamiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Simulación numérica
Aplicaciones oceanográficas
Remolinos de Kelvin-Helmholtz
Cantidades turbulentas
Longitud del dominio
Ruido de velocidad inicial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La simulación numérica directa (DNS) se ha empleado con éxito en una variedad de aplicaciones oceanográficas, particularmente para investigar la dinámica interna de los remolinos de Kelvin-Helmholtz (KH). Sin embargo, es difícil relacionar estos resultados directamente con observaciones de turbulencia oceánica debido a las significativas diferencias de escala involucradas (las capas de cizalladura oceánica suelen tener un grosor de decenas a cientos de metros, en comparación con los estudios de DNS, que tienen capas del orden de uno a decenas de centímetros). A medida que continúan los esfuerzos por informar nuestra comprensión de la turbulencia a escala geofísica extrapolando los resultados de DNS, es importante entender el impacto de la configuración del modelo y las condiciones iniciales en las cantidades turbulentas resultantes. Dado que las mediciones a escala geofísica, ya sea a través de microestructuras u otras técnicas, solo pueden proporcionar estimaciones de cantidades promedio de TKE (por ejemplo, disipación de TKE o flujo de flotabilidad), puede ser necesario comparar las cantidades turbulentas medias derivadas de DNS (es decir, a través de una o más evoluciones completas de remolinos) con mediciones oceánicas. En este estudio, analizamos el efecto de la longitud del dominio y el ruido de velocidad inicial en las cantidades turbulentas resultantes. La longitud del dominio es importante, ya que dimensiones que no son múltiplos enteros de la longitud de onda natural del remolino KH pueden comprimir o estirar los remolinos e impactar su energía. La adición de ruido aleatorio en el campo de velocidad inicial se utiliza a menudo para desencadenar turbulencia y suprimir inestabilidades secundarias; sin embargo, el impacto del ruido en la energía turbulenta resultante es en gran medida desconocido. En este estudio, concluimos que longitudes de dominio del orden de 1.5 veces la longitud de onda natural o menos pueden afectar la energía turbulenta resultante en un factor de dos o más. También concluimos que aumentar la amplitud del ruido aleatorio de velocidad inicial disminuye la energía turbulenta resultante, pero que diferentes realizaciones del campo de ruido aleatorio pueden tener un impacto aún mayor que la amplitud. Estos resultados deben ser considerados al diseñar un experimento de DNS.
Descripción
La simulación numérica directa (DNS) se ha empleado con éxito en una variedad de aplicaciones oceanográficas, particularmente para investigar la dinámica interna de los remolinos de Kelvin-Helmholtz (KH). Sin embargo, es difícil relacionar estos resultados directamente con observaciones de turbulencia oceánica debido a las significativas diferencias de escala involucradas (las capas de cizalladura oceánica suelen tener un grosor de decenas a cientos de metros, en comparación con los estudios de DNS, que tienen capas del orden de uno a decenas de centímetros). A medida que continúan los esfuerzos por informar nuestra comprensión de la turbulencia a escala geofísica extrapolando los resultados de DNS, es importante entender el impacto de la configuración del modelo y las condiciones iniciales en las cantidades turbulentas resultantes. Dado que las mediciones a escala geofísica, ya sea a través de microestructuras u otras técnicas, solo pueden proporcionar estimaciones de cantidades promedio de TKE (por ejemplo, disipación de TKE o flujo de flotabilidad), puede ser necesario comparar las cantidades turbulentas medias derivadas de DNS (es decir, a través de una o más evoluciones completas de remolinos) con mediciones oceánicas. En este estudio, analizamos el efecto de la longitud del dominio y el ruido de velocidad inicial en las cantidades turbulentas resultantes. La longitud del dominio es importante, ya que dimensiones que no son múltiplos enteros de la longitud de onda natural del remolino KH pueden comprimir o estirar los remolinos e impactar su energía. La adición de ruido aleatorio en el campo de velocidad inicial se utiliza a menudo para desencadenar turbulencia y suprimir inestabilidades secundarias; sin embargo, el impacto del ruido en la energía turbulenta resultante es en gran medida desconocido. En este estudio, concluimos que longitudes de dominio del orden de 1.5 veces la longitud de onda natural o menos pueden afectar la energía turbulenta resultante en un factor de dos o más. También concluimos que aumentar la amplitud del ruido aleatorio de velocidad inicial disminuye la energía turbulenta resultante, pero que diferentes realizaciones del campo de ruido aleatorio pueden tener un impacto aún mayor que la amplitud. Estos resultados deben ser considerados al diseñar un experimento de DNS.