Turbulence transport in a density stratified fluid generated by multiple scalars: mechanism of differential diffusion and quantitative evaluation

多标量产生的密度分层流体中的湍流传递：微分扩散机制和定量评估

• 批准号: 21K03875
• 负责人: 沖野 真也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03875/
• 关键词: 熱塩成層流体; 減衰乱流; 高シュミット数; ソルトフィンガー; 直接数値計算; 二重拡散対流; バチェラースケール; 密度成層乱流; LIF; PIV; 浮力レイノルズ数; パッシブスカラー; 差分拡散; 熱塩成層; 二重拡散; 直接数値シミュレーション; 乱流輸送

本研究課題の目的は、複数のスカラーによって形成される密度成層流体における乱流拡散現象についての知見を得ることである。特に、海洋における密度成層は主に熱と塩分によって形成され、熱塩成層と呼ばれる。ここで、塩分の拡散係数は熱の約1/100であり、塩分の拡散スケール（バチェラースケール）は熱の拡散スケールの約1/10となる。熱と塩分の両方の効果によって形成される鉛直密度分布が静的に安定であっても、両者の拡散スケールの違いに起因して、不安定性や対流が生じることが知られている。そのような対流は二重拡散対流と呼ばれ、従来、線形安定性解析によって説明されてきた。本研究では、熱塩成層流体における減衰乱流の直接数値計算を行ない、小スケールにおいて生じる不安定性が乱流全体の減衰にどのような影響を及ぼすかを調べた。これまでに実施されてきた線形安定性解析は無限小撹乱の発達・減衰を調べる手法であるのに対し、本研究では有限振幅撹乱の非線形的な時間発展を大規模な数値計算によって調べた点が特徴的である。今年度は、流れの浮力比依存性について、特にポテンシャルエネルギー（密度撹乱の二乗に比例する量）の観点から調査した。ここで浮力比とは、密度成層に対する温度と塩分の寄与率を表すパラメータである。温度成層または塩分成層のいずれかが不安定である場合には、温度の拡散スケール付近で、ポテンシャルエネルギーが生成される。温度成層が不安定である場合にはポテンシャルエネルギーの生成は減衰初期に限られるが、塩分成層が不安定である場合にはポテンシャルエネルギーは持続的に生成されることを確認した。特に後者においては、長時間後に鉛直方向に長く伸びた密度分布（いわゆるソルトフィンガー）が形成されており、初期撹乱が減衰した後に、線形不安定性により再度流れが発達したことを示している。

The purpose of this study is to understand the phenomenon of turbulence dispersion in stratified fluids. Special, marine density stratification, thermal stratification, thermal stratification The coefficient of heat dissipation is about 1/100 of the heat dissipation coefficient. The coefficient of heat dissipation coefficient is about 1/10 of the heat dissipation coefficient. The vertical density distribution of heat and moisture is stable, the dispersion of heat and moisture is unstable, and the flow is stable. The analysis of linear stability is described in detail. In this study, the direct numerical calculation of the attenuation of turbulent flow in thermal stratified fluid is carried out, and the influence of instability on the attenuation of turbulent flow is adjusted. In this study, the nonlinear time evolution of finite-amplitude perturbations and the characteristics of large-scale numerical calculations are discussed. This year, the flow of buoyancy ratio dependence, special factors such as the number of particles (density disturbance and the proportion of particles) to investigate the point Buoyancy ratio, density ratio, temperature ratio, temperature ratio The temperature stratification is divided into layers, and the temperature dispersion is close to each other. The temperature of the layer is unstable. The temperature of the layer is unstable. In particular, after a long period of time, the vertical direction of the long extension of the density distribution (in the middle of the soft round) formed, the initial disturbance, attenuation, linear instability, re-flow, re-emergence, and so on.

项目成果

成層せん断乱流の数値シミュレーション

分层剪切湍流的数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Ayush Prajuli;Shinya Okino;Hideshi Hanazaki
• 通讯作者: Hideshi Hanazaki

Growth and decay of stratified and sheared turbulence

分层和剪切湍流的增长和衰减

• 发表时间: 2021
• 作者: A. Prajuli;A. Nakamura;S. Okino & H. Hanazaki
• 通讯作者: S. Okino & H. Hanazaki

高シュミット数のスカラーによって形成される密度成層流体中の減衰乱流に関する研究

高施密特数标量形成的稠密分层流体阻尼湍流研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 望月信介;鈴木博貴;中村俊貴;沖野真也
• 通讯作者: 沖野真也

温度成層流体におけるパッシブスカラーの乱流拡散

温度分层流体中被动标量的湍流扩散

• 发表时间: 2021
• 作者: 沖野真也;花崎秀史
• 通讯作者: 花崎秀史

Small-scale density fluctuations in grid-generated turbulence in a salt-stratified fluid

盐分层流体中网格产生的湍流中的小尺度密度波动

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
• 作者: Shinya Okino;Soichiro Minakami;Yuki Imanishi & Hideshi Hanazaki
• 通讯作者: Yuki Imanishi & Hideshi Hanazaki