Study of vorticity and helicity distribution in advective flow with secondary structures
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.4.49Keywords:
vorticity, helicity, secondary flows, convection, FluentAbstract
The distribution of vorticity and helicity in a stationary cylindrical fluid layer locally heated at its center is studied numerically and experimentally. Such localized heating leads to the generation of a large-scale flow in the form of a toroidal convective cell. In the heating area, small-scale secondary flows and local upward jets appear. The goal of this study is to investigate helicity and vorticity structures produced by the interaction between the shear flow and the upward jets. Formation and evolution of vortex structures in the boundary layer of advective flows are considered in detail. It is shown that the interaction of convective jets with the advective flow does not give rise to substantial non-zero mean helicities and the vertical component of vorticity.
Downloads
References
Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Об устойчивости плоскопараллельного конвективного движения относительно пространственных возмущений // ПММ. – 1969. – Т. 33, № 5. – С. 855-860.
2. Sukhanovsky A., Batalov V., Teymurazov A., Frick P. Horizontal rolls in convective flow above a partially heated surface // Eur. Phys. J. B. – 2012. – V. 85, N. 1. – Р. 1-12. DOI
3. Montgomery M.T., Nicholls M.E., Cram T.A., Saunders A.B. A vortical hot tower route to tropical cyclogenesis // J. Atmos. Sci. – 2006. – V. 63. – P. 355-386. DOI
4. Богатырев Г.П. Возбуждение циклонического вихря или лабораторная модель тропического циклона // Письма в ЖЭТФ. – 1990. – Т. 51, № 11. – С. 557-559.
5. Богатырев Г.П., Попова Э.В. Исследование поля скорости в лабораторной модели тропического циклона // Вестник ПГУ. Физика. – 1994. – № 2. – С. 141-150.
6. Богатырев Г.П., Смородин Б.Л. Физическая модель вращения тропического циклона // Письма в ЖЭТФ. – 1996. – Т. 63, № 1. – С. 25-28.
7. Богатырев Г.П. Лабораторная модель тропического циклона. – Пермь: Издатель Богатырев П.Г., 2009. – 96 с.
8. Navarro M.C., Herrero H. Vortex generation by a convective instability in a cylindrical annulus non-homogeneously heated // Physica D. – 2011. – V. 240, N. 14-15. – P. 1181-1188. DOI
9. Navarro M.C., Herrero H. Vortices in a cylindrical annulus nonhomogeneously heated: Effect of localized heating on their stability and intensity // Phys. Rev. E. – 2011. – V. 84, N. 3. – 037301. DOI
10. Моисеев С.С., Сагдеев Р.З., Тур А.В. и др. Теория возникновения крупномасштабных структур в гидродинамической турбулентности // ЖЭТФ. – 1983. – Т. 85, № 6. – С. 1979-1987.
11. Березин Ю.А., Жуков В.П. О влиянии вращения на конвективную устойчивость крупномасштабных возмущений в турбулентной жидкости // МЖГ. – 1989. – № 4. – С. 3-9.
12. Степанов Р.А., Фрик П.Г., Шестаков А.В. О спектральных свойствах спиральной турбулентности // МЖГ. – 2009. – № 5. – С. 33-44.
13. Шестаков А.В., Степанов Р.А., Фрик П.Г. Влияние вращения на каскадные процессы в спиральной турбулентности // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2012. – T. 5, № 2. – C. 193-198. DOI
14. Левина Г.В., Монтгомери М.Т. О первом исследовании спиральной природы тропического циклогенеза // ДАН. – 2010. – Т. 434, № 3. – С. 401-406.
15. Levina G.V., Montgomery M.T. Helical scenario of tropical cyclone genesis and intensification // J. Phys.: Conf. Ser. – 2011. – V. 318. – 072012. DOI
16. Levina G.V. Helical organization of tropical cyclones // Preprint NI13001-TOD. – Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences. – UK, Cambridge, 2013. – 47 p. (URL: http://www.newton.ac.uk/preprints/NI13001.pdf).
17. Eidelman A., Elperin T., Gluzman I., Golbraikh E. Helicity of turbulent flow with coherent structures in Rayleigh-Bénard convective cell // Abstracts of European Turbulence Conference 14, Lyon, France, 1-4 September, 2013.
18. Batalov V., Sukhanovsky A., Frick P. Laboratory study of differential rotation in a convective rotating layer // Geophys. Astro. Fluid. – 2010. – V. 104, N. 4. – P. 349-368. DOI
19. Raffel M., Willert C., Kompenhans J. Particle Image Velocimetry. A Practical Guide. – Berlin: Springer, 1998. – 253 p.
20. Сухановский А.Н. Формирование дифференциального вращения в цилиндрическом слое жидкости // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2010. – Т. 3, № 2. – С. 103-115. DOI
21. Sukhanovsky A.N. Formation of differential rotation in a cylindrical fluid layer // Fluid Dyn. – 2011. – V. 46, N. 1. – P. 158-168. DOI
22. Большухин М.А., Васильев А.Ю., Будников А.В. и др. Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2012. – Т. 5, № 4. – С. 469-480. DOI
23. Elsinga G.E., Scarano F., Wieneke B., van Oudheusden B.W. Tomographic particle image velocimetry // Experiments in Fluids. – 2006. – V. 41, N. 6. – P. 933-947. DOI
24. Bilsky A.V., Lozhkin V.A., Markovich D.M., Tokarev M.P. A maximum entropy reconstruction technique for tomographic particle image velocimetry // Meas. Sci. Technol. – 2013. – V. 24, N. 4. – 045301. DOI
###
Gersuni G.Z., Zuhovickij E.M. Ob ustojcivosti ploskoparallel’nogo konvektivnogo dvizenia otnositel’no prostranstvennyh vozmusenij // PMM. - 1969. - T. 33, No 5. - S. 855-860.
2. Sukhanovsky A., Batalov V., Teymurazov A., Frick P. Horizontal rolls in convective flow above a partially heated surface // Eur. Phys. J. B. - 2012. - V. 85, N. 1. - R. 1-12. DOI
3. Montgomery M.T., Nicholls M.E., Cram T.A., Saunders A.B. A vortical hot tower route to tropical cyclogenesis // J. Atmos. Sci. - 2006. - V. 63. - P. 355-386. DOI
4. Bogatyrev G.P. Vozbuzdenie cikloniceskogo vihra ili laboratornaa model’ tropiceskogo ciklona // Pis’ma v ZETF. - 1990. - T. 51, No 11. - S. 557-559.
5. Bogatyrev G.P., Popova E.V. Issledovanie pola skorosti v laboratornoj modeli tropiceskogo ciklona // Vestnik PGU. Fizika. - 1994. - No 2. - S. 141-150.
6. Bogatyrev G.P., Smorodin B.L. Fiziceskaa model’ vrasenia tropiceskogo ciklona // Pis’ma v ZETF. - 1996. - T. 63, No 1. - S. 25-28.
7. Bogatyrev G.P. Laboratornaa model’ tropiceskogo ciklona. - Perm’: Izdatel’ Bogatyrev P.G., 2009. - 96 s.
8. Navarro M.C., Herrero H. Vortex generation by a convective instability in a cylindrical annulus non-homogeneously heated // Physica D. - 2011. - V. 240, N. 14-15. - P. 1181-1188. DOI
9. Navarro M.C., Herrero H. Vortices in a cylindrical annulus nonhomogeneously heated: Effect of localized heating on their stability and intensity // Phys. Rev. E. - 2011. - V. 84, N. 3. - 037301. DOI
10. Moiseev S.S., Sagdeev R.Z., Tur A.V. i dr. Teoria vozniknovenia krupnomasstabnyh struktur v gidrodinamiceskoj turbulentnosti // ZETF. - 1983. - T. 85, No 6. - S. 1979-1987.
11. Berezin U.A., Zukov V.P. O vlianii vrasenia na konvektivnuu ustojcivost’ krupnomasstabnyh vozmusenij v turbulentnoj zidkosti // MZG. - 1989. - No 4. - S. 3-9.
12. Stepanov R.A., Frik P.G., Sestakov A.V. O spektral’nyh svojstvah spiral’noj turbulentnosti // MZG. - 2009. - No 5. - S. 33-44.
13. Sestakov A.V., Stepanov R.A., Frik P.G. Vlianie vrasenia na kaskadnye processy v spiral’noj turbulentnosti // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 2. - C. 193-198. DOI
14. Levina G.V., Montgomeri M.T. O pervom issledovanii spiral’noj prirody tropiceskogo ciklogeneza // DAN. - 2010. - T. 434, No 3. - S. 401-406.
15. Levina G.V., Montgomery M.T. Helical scenario of tropical cyclone genesis and intensification // J. Phys.: Conf. Ser. - 2011. - V. 318. - 072012. DOI
16. Levina G.V. Helical organization of tropical cyclones // Preprint NI13001-TOD. - Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences. - UK, Cambridge, 2013. - 47 p. (URL: http://www.newton.ac.uk/preprints/NI13001.pdf).
17. Eidelman A., Elperin T., Gluzman I., Golbraikh E. Helicity of turbulent flow with coherent structures in Rayleigh-Benard convective cell // Abstracts of European Turbulence Conference 14, Lyon, France, 1-4 September, 2013.
18. Batalov V., Sukhanovsky A., Frick P. Laboratory study of differential rotation in a convective rotating layer // Geophys. Astro. Fluid. - 2010. - V. 104, N. 4. - P. 349-368. DOI
19. Raffel M., Willert C., Kompenhans J. Particle Image Velocimetry. A Practical Guide. - Berlin: Springer, 1998. - 253 p.
20. Suhanovskij A.N. Formirovanie differencial’nogo vrasenia v cilindriceskom sloe zidkosti // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 2. - S. 103-115. DOI
21. Sukhanovsky A.N. Formation of differential rotation in a cylindrical fluid layer // Fluid Dyn. - 2011. - V. 46, N. 1. - P. 158-168. DOI
22. Bol’suhin M.A., Vasil’ev A.U., Budnikov A.V. i dr. Ob eksperimental’nyh testah (bencmarkah) dla programmnyh paketov, obespecivausih rascet teploobmennikov v atomnoj energetike // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 4. - S. 469-480. DOI
23. Elsinga G.E., Scarano F., Wieneke B., van Oudheusden B.W. Tomographic particle image velocimetry // Experiments in Fluids. - 2006. - V. 41, N. 6. - P. 933-947. DOI
24. Bilsky A.V., Lozhkin V.A., Markovich D.M., Tokarev M.P. A maximum entropy reconstruction technique for tomographic particle image velocimetry // Meas. Sci. Technol. - 2013. - V. 24, N. 4. - 045301. DOI
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2013 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
