成層流の垂直周期的シミュレーションにおける混合と有効ポテンシャルエネルギーの定量化【JST・京大機械翻訳】

Howland Christopher J.; Taylor John R.; Caulfield C. P.

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202200742418808 整理番号：21P0043014

成層流の垂直周期的シミュレーションにおける混合と有効ポテンシャルエネルギーの定量化【JST・京大機械翻訳】

Quantifying mixing and available potential energy in vertically periodic simulations of stratified flows

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発行年： 2020年08月06日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2020年10月24日
JST資料番号： O7000B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

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乱流混合は海洋における多くの物理的過程に著しい影響を与える。安定成層Boussinesq流体において,この不可逆混合は,利用可能なポテンシャルエネルギー(APE)のバックグラウンドポテンシャルエネルギー(BPE)への変換を記述する。いくつかの設定において,APEフレームワークは適用が困難であり,近似測度を用いて不可逆混合を推定した。例えば,成層乱流の数値シミュレーションは,しばしば,計算効率を増加させるためにトリップ周期領域を使用する。しかし,この設定では,BPEは一意的に定義されず,Wintersら(1995,J.Fluid Mech.,289)の方法はAPEの計算に直接適用できない。平均成層を持つ周期的領域におけるAPEを計算する新しい手法を提案した。一定浮力の表面によって制約された制御体積を定義することにより,適切なバックグラウンド浮力プロファイルb_*(z,t)を構築でき,そのような系におけるダイアピーナル混合を正確に定量化できる。この技術はまた,周期的領域における有限振幅局所APE密度の正確な計算を可能にする。APEの進展を様々な乱流成層流シミュレーションで解析した。浮力分散χの平均散逸率は,局所成層における大きな変動を持つ流れにおいても,平均ダイアピナル混合速度に対する良好な近似を提供することを示した。過渡流における混合効率の測定を定量化するとき,平均流の層流拡散が運動エネルギー散逸速度に含まれるかどうかに依存して,大きな変動を見出した。著者らは,実際の海洋流におけるdiapycnal拡散率の定量化の文脈において,これらの結果を解釈する方法について議論する。【JST・京大機械翻訳】

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不均質流

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