Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
Geometry of stratified turbulent mixing: local alignment of the density gradient with rotation, shear and viscous dissipation
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分层湍流混合的几何形状：密度梯度与旋转、剪切和粘性耗散的局部对齐
DOI：
10.1017/jfm.2023.833
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Jiang X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiang X
我们介绍了一种几何分析的湍流混合在密度分层流的基础上对齐的密度梯度在两个正交的基地，是本地构建的速度梯度张量。第一个基础将贯向混合与旋转和剪切运动联系起来，建立在最近分层剪切层中的“旋转剪切分解”的基础上（Jiang et al.，流体力学杂志，第947卷，2022年，A30），而第二个基础连接混合的粘性耗散张量的主轴。将此框架应用于分层倾斜管道实验室实验中的数据集表明，在高剪切位置的密度梯度倾向于优先排列（i）沿沿着最小耗散方向和（ii）垂直于由涡卷和剪切矢量跨越的平面。日益湍流的本地对齐的分析提供了新的见解之间的复杂关系的密度梯度和耗散，从而diapycnal混合。
We introduce a geometric analysis of turbulent mixing in density-stratified flows based on the alignment of the density gradient in two orthogonal bases that are locally constructed from the velocity gradient tensor. The first basis connects diapycnal mixing to rotation and shearing motions, building on the recent ‘rortex–shear decomposition’ in stratified shear layers (Jiang et al., J. Fluid Mech., vol. 947, 2022, A30), while the second basis connects mixing to the principal axes of the viscous dissipation tensor. Applying this framework to datasets taken in the stratified inclined duct laboratory experiment reveals that density gradients in locations of high shear tend to align preferentially (i) along the direction of minimum dissipation and (ii) normal to the plane spanned by the rortex and shear vectors. The analysis of the local alignment across increasingly turbulent flows offers new insights into the intricate relationship between the density gradient and dissipation, and thus diapycnal mixing.
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P. Linden
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通讯作者：
Tomoaki Watanabe;J. Riley;K. Nagata;K. Matsuda;R. Onishi
影响因子：
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作者：
Xianyang Jiang;A. Lefauve;S. Dalziel;P. F. L. D. O. A. Mathematics;Theoretical Physics;Centre for Mathematical Sciences;U. Cambridge
通讯作者：
Xianyang Jiang;A. Lefauve;S. Dalziel;P. F. L. D. O. A. Mathematics;Theoretical Physics;Centre for Mathematical Sciences;U. Cambridge
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作者：
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J. Riley
DOI：
--
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期刊：
影响因子：
--
作者：
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通讯作者：
P. Paranthoën