Бюджет уравнений для дисперсии пульсаций скаляра в области турбулентности, возникающей при обрушении подветренных волн

На основе осреднения данных прямого численного моделирования получены статистические моменты в турбулентной области, формирующейся после опрокидывания подветренных волн в потоке с устойчивой стратификацией и препятствием. Исследована эволюция во времени и пространственное поведение бюджета уравнения переноса для дисперсии пульсаций скаляра. Выполнены априорные оценки алгебраических аппроксимаций для скалярной диссипации, скалярной дисперсии и процессов турбулентной диффузии в уравнении скалярной дисперсии. Такой анализ полезен для изучения области турбулентности в терминах статистических моментов и для проверки гипотез замыкания в моделях турбулентности. Показано, что в глобальном балансе уравнения для скалярной дисперсии диссипация и адвекция уравновешивают порождение, как и в уравнении турбулентной кинетической энергии. Отношение турбулентных масштабов времени полей скорости и скаляра изменяется от 0,2 до 2,2 в области обрушения волн, а глобальное значение этого параметра близко к единице во время квазистационарного периода. Алгебраическое выражение для скалярной дисперсии, полученное в предположении баланса порождения и диссипации, оказывается некорректным, приводя к нефизическим отрицательным значениям, поэтому оправдано привлечение полного уравнения для дисперсии пульсаций скаляра в модель турбулентного переноса.

Ключевые слова:
устойчивая стратификация, обрушение внутренних волн, течение над препятствием, прямое численное моделирование, скалярная диссипация, дисперсия пульсаций скаляра, модели турбулентности
Благодарности:
Автор выражает благодарность проф. И. П. Кастро и д-ру Т. Г. Томасу за помощь в получении данных прямого численного моделирования и их обсуждение, а также проф. А. Ф. Курбацкому за внимание к вопросам моделирования статистических моментов второго порядка
УДК 532.517.4

Бюджет уравнений для дисперсии пульсаций скаляра в области турбулентности, возникающей при обрушении подветренных волн