×

大气湍流中积雪期间优先清扫的证据。 (英语) Zbl 1500.76098号

小结:我们基于大气流场和雪粒子轨迹的同时测量,对雪沉降动力学进行了现场研究。具体而言,使用天然雪粒子作为示踪剂的超大型粒子图像测速(SLPIV)系统被部署用于量化速度场并识别以18为中心的视场中的涡旋结构离地高度为m。同时,我们使用粒子跟踪测速技术跟踪SLPIV内(3,mathrm{m}乘以5,mathrm{m}\)样本区域中的单个雪粒子。结果揭示了大气湍流中涡旋结构、雪粒子浓度的空间分布及其沉降动力学之间的直接联系。特别是,在近临界斯托克斯数雪湍流相互作用下,雪粒子的沉降速度增强是多倍的,并且比以前的野外研究中观察到的要大。超大型粒子图像测速测量表明,雪粒子的浓度较高,优先位于大气流场中确定的旋涡的下侧。粒子跟踪测速是在重建的旋涡周围的高分辨率图像上进行的,它证实了后一种趋势,并提供了雪粒子向旋涡下侧移动时加速的统计证据。总的来说,本文提出的同步多尺度粒子成像使我们能够直接量化优先清扫的显著特征,支持其作为大气表层雪沉降增强的潜在机制。

MSC公司:

76T15型 尘气两相流
76F40型 湍流边界层
76-05 流体力学相关问题的实验工作
86A10美元 气象学和大气物理学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Abraham,A.和Hong,J.2020实用风力涡轮机运行引起的动态尾流调制。申请。能源257、114003。
[2] Adrian,R.J.、Christensen,K.T.和Liu,Z.C.2000瞬时湍流速度场的分析和解释。实验流体29(3),275-290。
[3] Aliseda,A.、Cartellier,A.、Hainaux,F.和Lasheras,J.C.2002均匀各向同性湍流中优先浓度对重粒子沉降速度的影响。《流体力学杂志》468,77-105·兹比尔1152.76303
[4] Ayyalasomayajula,S.、Gylfason,A.、Collins,L.R.、Bodenschatz,E.和Warhaft,Z.2006网格生成风洞湍流中惯性粒子加速度的拉格朗日测量。物理学。修订稿97(14),144507。
[5] Baker,L.,Frankel,A.,Mani,A.&Coletti,F.2017均匀湍流中惯性粒子的相干团簇。《流体力学杂志》833,364-398·Zbl 1419.76237号
[6] Balachandar,S.&Eaton,J.K.2010湍流分散多相流。每年。流体力学修订版42,111-133·Zbl 1345.76106号
[7] Banko,A.J.、Villafañe,L.、Kim,J.H.、Esmaily,M.和Eaton,J.K.2019颗粒湍流中直接辐射传输的随机建模。J.数量。光谱学。辐射。转账226,1-18。
[8] Bec,J.,Biferale,L.,Boffetta,G.,Celani,A.,Cencini,M.,Lanotte,A.,Musacchio,S.&Toschi,F.2006湍流中重粒子的加速统计。《流体力学杂志》550、349-358·兹比尔1097.76040
[9] Böhm,H.P.1989A固体液体比重计最终下降速度的一般方程。J.大气。科学46(15),2419-2427。
[10] Christensen,K.T.和Adrian,R.J.2001壁湍流中发夹涡包的统计证据。《流体力学杂志》431、433-443·Zbl 1008.76029号
[11] Crocker,J.C.和Grier,D.G.1996胶体研究的数字视频显微镜方法。《胶体界面科学杂志》179(1),298-310。
[12] Dasari,T.、Wu,Y.、Liu,Y.&Hong,J.2019实用风力涡轮机的近尾迹行为。《流体力学杂志》859204-246。
[13] Dunnavan,E.L.,Jiang,Z.,Harrington,J.Y.,Verlinde,J.,Fitch,K.&Garrett,T.J.2019雪骨料的形状和密度演变。J.大气。科学76(12),3919-3940。
[14] Durán,O.、Claudin,P.和Andreotti,B.2011关于风成运输:颗粒尺度相互作用、动力学机制和尺度定律。《风沙研究》3(3),243-270。
[15] Falkinhoff,F.、Obligado,M.、Bourgoin,M.和Mininni,P.D.2020湍流中自由下落重粒子的优先浓度。物理学。修订稿125(6),064504。
[16] Ferrante,A.和Elghobashi,S.2003《关于颗粒态各向同性湍流中双向耦合的物理机制》。物理学。流感15(2),315-329·Zbl 1185.76126号
[17] Garrett,T.J.、Yuter,S.E.、Fallgatter,C.、Shkurko,K.、Rhodes,S.R.和Endries,J.L.2015降雪方向和纵横比。地球物理学。Res.Lett.42(11),4617-4622。
[18] Good,G.H.,Ireland,P.J.,Bewley,G.P.,Bodenschatz,E.,Collins,L.R.&Warhaft,Z.2014各向同性湍流中惯性粒子的沉降状态。《流体力学杂志》759,R3。
[19] Heisel,M.,Dasari,T.,Liu,Y.,Hong,J.,Coletti,F.&Guala,M.2018极高雷诺数粗糙壁湍流边界层中对数区域的空间结构。《流体力学杂志》857、704-747·兹比尔1415.76337
[20] Heymsfield,A.J.&Westbrook,C.D.2010使用实验室和现场测量估算冰粒下落速度的进展。J.大气。科学67(8),2469-2482。
[21] Högström,U.,Hunt,J.C.R.&Smedman,A.S.2002大气中性表层湍流谱和方差的理论和测量。边界层气象。103(1),101-124。
[22] Hong,J.、Toloui,M.、Chamorro,L.P.、Guala,M.,Howard,K.、Riley,S.、Tucker,J.和Sotiropoulos,F.2014年自然降雪揭示了2.5兆瓦风力涡轮机之后的大规模流动结构。国家通讯社5,4216。
[23] Ireland,P.J.,Bragg,A.D.&Collins,L.R.2016雷诺数对各向同性湍流中惯性粒子动力学的影响。第1部分。没有重力影响的模拟。《流体力学杂志》796、617-658·Zbl 1462.76077号
[24] Kalt,P.A.,Birzer,C.H.&Nathan,G.J.2007《利用Mie散射促进颗粒流中颗粒浓度平面成像的修正》,第1部分:准直激光片。申请。选项46(23),5823-5834。
[25] Li,C.、Lim,K.、Berk,T.、Abraham,A.、Heisel,M.、Guala,M.、Coletti,F.和Hong,J.2021大气湍流中雪粒子的沉降和聚集。《流体力学杂志》912,A49·Zbl 1461.76535号
[26] Mallery,K.、Shao,S.和Hong,J.2020使用学习的预测模型进行密集粒子跟踪。实验流体61(10),223。
[27] Maxey,M.R.1987均匀湍流和随机流场中气溶胶粒子的重力沉降。《流体力学杂志》174,441-465·Zbl 0617.76058号
[28] Maxey,M.R.&Riley,J.J.1983非均匀流中刚性小球的运动方程。物理学。流体26(4),883-889·Zbl 0538.76031号
[29] Mordant,N.、Crawford,A.M.和Bodenschatz,E.2004实验拉格朗日加速度概率密度函数测量。《物理学》D193(1-4),245-251·Zbl 1076.76527号
[30] Nemes,A.,Dasari,T.,Hong,J.,Guala,M.&Coletti,F.2017大气表层的雪花:颗粒湍流动力学的观测。《流体力学杂志》814592-613·Zbl 1383.76010号
[31] Nielsen,P.1993悬浮颗粒沉降的湍流效应。J.塞迪姆。第63(5)号决议,835-838。
[32] Ouellette,N.T.,Xu,H.&Bodenschatz,E.2006三维拉格朗日粒子跟踪算法的定量研究。实验流体40(2),301-313。
[33] Petersen,A.J.,Baker,L.&Coletti,F.2019惯性粒子在均匀湍流中聚集和沉降的实验研究。《流体力学杂志》864,925-970。
[34] Raffel,M.、Willert,C.E.、Scarano,F.、Kähler,C.J.、Wereley,S.T.和Kompenhans,J.2018《粒子图像测速:实用指南》。斯普林格。
[35] Rosa,B.,Parishani,H.,Ayala,O.和Wang,L.P.2016高分辨率DNS中均匀各向同性湍流中小惯性粒子的沉降速度。国际多相流杂志83,217-231。
[36] Saddoughi,S.G.&Veeravalli,S.V.1994高雷诺数湍流边界层中的局部各向同性。《流体力学杂志》268、333-372。
[37] Shaw,R.A.2003大气云中粒子-湍流相互作用。每年。《流体力学评论》35(1),183-227·Zbl 1125.76401号
[38] Stull,R.B.1988《边界层气象学导论》。Kluwer学术出版社·Zbl 0752.76001号
[39] Toloui,M.,Riley,S.,Hong,J.,Howard,K.,Chamorro,L.P.,Guala,M.&Tucker,J.2014基于使用自然降雪的超大型粒子图像测速法的大气边界层测量。实验流体55(5),1737。
[40] Tooby,P.F.、Wick,G.L.和Isaacs,J.D.1977小球体在旋转速度场中的运动:湍流中悬浮粒子的可能机制。《地球物理学杂志》。第82(15)号决议,2096-2100。
[41] Tropea,C.,Yarin,A.L.&Foss,J.F.2007Springer实验流体力学手册。斯普林格。
[42] Vaillancourt,P.A.和Yau,M.K.2000《粒子-湍流相互作用及其对云物理的影响》。牛。Am.Meteorol公司。Soc.81(2),285-298。
[43] Wang,L.P.&Maxey,M.R.1993均匀各向同性湍流中重粒子的沉降速度和浓度分布。《流体力学杂志》256、27-68。
[44] Westbrook,C.D.&Sephton,E.K.2017使用3-D打印的模拟物研究复杂冰粒子的下落速度和方向。地球物理学。Res.Lett.44(15),7994-8001。
[45] Yang,C.Y.&Lei,U.1998均匀各向同性湍流中湍流尺度在重粒子沉降速度中的作用。《流体力学杂志》371,179-205·Zbl 0974.76032号
[46] Zeugin,T.、Krol,Q.、Fouxon,I.和Holzner,M.2020斯托克斯地区静止空气中雪粒子的沉积。地球物理学。Res.Lett.47(15),e2020 GL087832。
[47] Zhou,J.,Adrian,R.J.,Balachandar,S.&Kendall,T.M.1999.河道水流中产生发夹涡相干包的机制。《流体力学杂志》387,353-396·Zbl 0946.76030号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。