Turbulent/non-turbulent interfaces in wakes in stably-stratified fluids

T. Watanabe, J. J. Riley, S. M. de Bruyn Kops, P. J. Diamessis, Q. Zhou
Turbulent/non-turbulent interfaces in wakes in stably-stratified fluids
Journal of Fluid Mechanics 797(R1) 1-11 2016

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This article may be found at https://doi.org/10.1017/jfm.2016.285.

Abstract

We report on a study, employing direct numerical simulations, of the turbulent/non-turbulent interface of a wake in a stably stratified fluid. It is found that thresholds for both enstrophy and potential enstrophy are needed to identify the interface. Using conditional averaging relative to the location of the interface, various quantities of interest are examined. The thickness of the interface is found to scale with the Kolmogorov scale. From an examination of the Ozmidov and Kolmogorov length scales as well as the buoyancy Reynolds number, it is found that the buoyancy Reynolds number decreases and becomes of order 1 near the interface, indicating the suppression of the turbulence there by the stable stratification. Finally the overall rate of loss of energy due to internal wave radiation is found to be comparable to the overall rate of loss due to turbulent kinetic energy dissipation.

日本語訳 (DeepL翻訳)

安定成層流体中の後流における乱流・非乱流界面

安定成層流体中の後流の乱流・非乱流界面について、直接数値シミュレーションを用いた研究結果を報告する。界面を特定するためには、エンストロフィーとポテンシャルエンストロフィーの両方に対する閾値が必要であることがわかった。界面の位置に対する条件付き平均を用いて、様々な物理量を調べた。界面の厚さはKolmogorovスケールでスケールすることがわかった。オズミドフスケール、コルモゴロフスケール、および浮力レイノルズ数を調べたところ、浮力レイノルズ数は界面付近で減少して1のオーダーになり、安定成層によって乱流が抑制されていることがわかった。最後に、内部波放射による全体のエネルギー損失率は、乱流の運動エネルギー散逸による全体の損失率と同程度であることがわかった。

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