Sobre la disipación de energía cinética turbulenta asociada con olas que aún no rompen



Título del documento: Sobre la disipación de energía cinética turbulenta asociada con olas que aún no rompen
Revista: Revista mexicana de física
Base de datos: PERIÓDICA
Número de sistema: 000454071
ISSN: 0035-001X
Autores: 1
2
Instituciones: 1Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Departamento de Oceanografía Física, Ensenada, Baja California. México
2Centro Mexicano de Innovación en Energía del Océano, Ensenada, Baja California. México
Año:
Periodo: Sep-Oct
Volumen: 68
Número: 5
País: México
Idioma: Español
Tipo de documento: Artículo
Enfoque: Analítico, teórico
Resumen en español La disipación de energía cinética turbulenta es una magnitud esencial en el estudio de la turbulencia en fluidos. Particularmente, en la transferencia de la energía turbulenta desde grandes a pequeñas escalas y en la determinación de su estado de equilibrio y estacionalidad. Este trabajo, tiene el propósito de entender la turbulencia generada por olas que aún no rompen a partir del análisis de la disipación de energía cinética turbulenta. Diferentes grupos de olas monocromáticas con distinta pendiente ξ (0.012 ≤ ξ ≤ 0.273), se generaron mecánicamente en un laboratorio, donde mediante un dispositivo acústico (Vectrino Profiler, Nortek), se midieron y perfilaron las compones de las velocidades orbitales asociadas a olas que aún no rompen. A partir del subrango inercial identificado en los espectros de potencia de las componentes turbulentas u’(t, z) y w’(t, z), se cuantificó la tasa de disipación de energía cinética turbulenta ε u ’(z) y ε w ’(z), respectivamente. Se encontró que la magnitud de ε u ’(z) y ε w ’(z) aumenta conforme mayor ξ en las olas y que conforme mayor z, ε tiende a ser invariante ante rotaciones de eje (ε u ’(z) ≈ ε w ’(z)). Se identificó que la mayoría de los perfiles ε u ’(z)~ z n1 y ε w ’(z)~ z n2 , corresponden con una capa logarítmica atípica (n 1 , n 2 < -1) y que al aumentar ξ disminuye (aumenta) el valor del exponente n 1 (n 2). Por último, se introdujo un término de producción de turbulencia ε wave relativo a las velocidades orbitales en el movimiento de olas sin rompiente. A diferencia de otros términos de producción de turbulencia o aproximaciones, ε wave reproduce adecuadamente los valores de ε u ’(z) y ε w ’(z) independientemente de ξ, con lo que se establece que el corte en la vertical de las velocidades orbitales es el mecanismo generador de turbulencia en un fluido bajo olas que aún no rompen
Resumen en inglés The turbulent kinetic energy dissipation is an essential quantity in the study of turbulence in fluids. In particular, on the transference of turbulent energy from large to small scales and determining its state of equilibrium and stationarity. This work has the purpose of understanding turbulence generation by non-breaking waves from turbulent kinetic energy dissipation analysis. Different groups of nonbreaking monochromatic waves with different slopes ξ (0.012 ≤ ξ ≤ 0:273), were mechanically constructed in a laboratory, whereby an acoustic device, the wave orbitals velocities were measured in various depths. Considering the inertial subrange in the power spectrum of components of turbulence velocity u ’ (t, z) and w ’ (t, z), a turbulent kinetic energy dissipation ε u ’(z) and ε w ’(z) was quantified, respectively. It was detected that the magnitude of both ε u ’(z) and ε w ’(z) increases with the wave slope ξ, and they are invariant to axis rotation (ε u ’(z)≈ε w ’(z)), especially for great values of z. It was distinguished that most of the profiles ε u ’(z)~ z n1 and ε w ’ (z)~ z n2 agree with an atypical logarithmic layer (n 1 , n 2 < -1) and that increasing ξ decreases (increase) exponent values n 1 (n 2). Finally, a term of the turbulence production ε wave was introduced, relative to nonbreaking wave orbitals velocities. Unlike other turbulence production terms or approximations, ε wave adequately reproduces the values of ε u ’(z) and ε w ’(z) regardless of ξ, which established that the wave orbitals velocities shear is the generator mechanism of turbulence in a fluid under nonbreaking waves
Disciplinas: Física y astronomía,
Física y astronomía
Palabras clave: Física,
*,
Olas,
Tasa de disipación,
Energía cinética turbulenta,
Producción de turbulencia,
Capa logarítmica
Keyword: Physics,
Waves,
dissipation rate,
Kinetic energy,
Turbulence production,
Logarithmic layer
Texto completo: Texto completo (Ver HTML) Texto completo (Ver PDF)