شبیه سازی عددی امواج هلمبو در جریان گرانشی نفوذی با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ

Abstract

جریان‌های گرانشی، جریان‌هایی با اهمیت و نقش گسترده در مطالعات اتمسفری و اقیانوسی هستند. جریان چگال هنگامی ایجاد می‌شود که یک سیال با چگالی متفاوت درون سیالی دیگر به‌حرکت درآید. اگر سیال با چگالی معین وارد محیط لایه‌بندی شده، شود، به‌گونه‌ای که چگالی آن از لایه‌های زیرین کمتر و از لایه‌های بالایی بیشتر باشد جریان گرانشی از نوع نفوذی است. ناپایداری‌های کلوین-هلمهلتز و هلمبو در سطح تماس این جریان‌ها دیده می‌شود. پارامترهای تعیین‌کننده در نوع ناپایداری عدد ریچاردسون موضعی (J) و نسبت ضخامت لایه برشی به لایه چگالی (R) است. در این پژوهش شبیه‌سازی عددی دو‌بعدی ناپایداری‌ سطح تماس (امواج هلمبو) با دیدگاه اویلری-اویلری در جریان گرانشی نفوذی درون کانال، بررسی شده است. برای انجام این شبیه‌سازی از کد اپن‌فوم و با توجه به آشفته بودن جریان از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد، با افزایش چگالی جریان نفوذی مقدار عدد ریچاردسون کاهش و پارامتر R افزایش می‌یابد. هم‌چنین با افزایش چگالی، مقدار فرکانس امواج هلمبو ابتدا افزایش، سپس کاهش می‌یابد. علاوه بر این، مقدار طول موج امواج هلمبو با افزایش چگالی جریان نفوذی زیاد می‌شود ولی در عدد موج امواج، رفتار عکس دیده می‌شود. سرعت فاز امواج هلمبو نیز، روند مشخصی با تغییرات چگالی ندارد.