Transporte de Volumen por un Hetón Quasigeostrófico 3D
Autores: Sivakumar, Adhithiya; Weiss, Jeffrey B.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Transporte de Volumen por un Hetón Quasigeostrófico 3D
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos oceánicos
Vórtices coherentes
Transporte
Propiedades de mezcla
Hetones
Bifurcaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los flujos oceánicos se autoorganizan en vórtices coherentes, que influyen fuertemente en sus propiedades de transporte y mezcla. Los pares de vórtices en rotación opuesta pueden viajar largas distancias y transportar fluido atrapado a medida que se mueven. Estas estructuras a menudo se modelan como hetones, es decir, pares de vórtices puntuales cuasigeostróficos en rotación opuesta con circulaciones iguales. Aquí, investigamos la estructura del transporte inducido por un solo heton tridimensional. El transporte está determinado por la estructura hamiltoniana del campo de velocidad inducido por los vórtices componentes del heton. La dinámica muestra una secuencia de bifurcaciones a medida que se avanza a través del campo de velocidad inducido por el heton en altura. Estas bifurcaciones crean y destruyen puntos fijos inestables cuyas variedades invariantes asociadas limitan el volumen atrapado. Las configuraciones de hetones se dividen en tres categorías. Los hetones alineados verticalmente, que son paralelos al eje vertical y tienen separación horizontal cero, no se mueven y no transportan fluido. Los hetones alineados horizontalmente, que se encuentran en el plano horizontal y tienen separación vertical cero, tienen un solo parámetro, la media separación horizontal de vórtices Y, y una simple escalabilidad muestra que el volumen atrapado dimensional escala como Y3. Los hetones inclinados se describen mediante dos parámetros, Y y la media separación vertical de vórtices Z, lo que hace que el análisis de escalabilidad sea más complejo. Se desarrolla una teoría de escalabilidad para el volumen atrapado de hetones inclinados, mostrando que escala como Z4/Y para grandes Z. Cálculos numéricos ilustran la estructura del volumen atrapado y verifican la teoría de escalabilidad.
Descripción
Los flujos oceánicos se autoorganizan en vórtices coherentes, que influyen fuertemente en sus propiedades de transporte y mezcla. Los pares de vórtices en rotación opuesta pueden viajar largas distancias y transportar fluido atrapado a medida que se mueven. Estas estructuras a menudo se modelan como hetones, es decir, pares de vórtices puntuales cuasigeostróficos en rotación opuesta con circulaciones iguales. Aquí, investigamos la estructura del transporte inducido por un solo heton tridimensional. El transporte está determinado por la estructura hamiltoniana del campo de velocidad inducido por los vórtices componentes del heton. La dinámica muestra una secuencia de bifurcaciones a medida que se avanza a través del campo de velocidad inducido por el heton en altura. Estas bifurcaciones crean y destruyen puntos fijos inestables cuyas variedades invariantes asociadas limitan el volumen atrapado. Las configuraciones de hetones se dividen en tres categorías. Los hetones alineados verticalmente, que son paralelos al eje vertical y tienen separación horizontal cero, no se mueven y no transportan fluido. Los hetones alineados horizontalmente, que se encuentran en el plano horizontal y tienen separación vertical cero, tienen un solo parámetro, la media separación horizontal de vórtices Y, y una simple escalabilidad muestra que el volumen atrapado dimensional escala como Y3. Los hetones inclinados se describen mediante dos parámetros, Y y la media separación vertical de vórtices Z, lo que hace que el análisis de escalabilidad sea más complejo. Se desarrolla una teoría de escalabilidad para el volumen atrapado de hetones inclinados, mostrando que escala como Z4/Y para grandes Z. Cálculos numéricos ilustran la estructura del volumen atrapado y verifican la teoría de escalabilidad.