The stability of stratified horizontal flows of carbon dioxide at supercritical pressures
本文通过阴影成像与壁温测量研究88.5 bar下二氧化碳水平槽道在顶/底加热时的分层稳定性，揭示稳定与不稳定分层对传热的相反作用。
2024-09-13 physics.flu-dyn
Dynamics of Mixed Convective--Stably-Stratified Fluids
我们通过直接数值模拟研究了在等温无滑移的顶部和底部边界（温度为$T_t$和$T_b$）之间的密度分层流体的动力学机制。流体的热膨胀系数与温度有关，并且选择成使得流体密度在转化温度$T_b>T_i>T_t$处最大。因此，流体的下层是对流不稳定的，而上层是稳定分层的。我们表明，对流的特性变化显着取决于稳定层的分层程度。对于强稳定层结，对流区与对流不稳定的流体部分一致（即$T>T_i$），对流运动由大密度异常的上升和下沉羽流组成，就像典型的瑞利-贝纳德对流一样;内部重力波由对流层中的湍流波动产生，并在上层传播。对于弱稳定分层，我们证明了一个稳定的流体（即与温度$T<T_i$）的大部分，而不是不稳定和夹带的浮力羽从底部边界发出。因此，对流将低密度异常流体的冷斑块与热的向上羽流混合，最终结果是$T_i$等温线在底部边界层内下沉，并且对流是对流主导的。我们提供了一个唯象的描述之间的过渡制度的羽占主导地位的对流和对流占主导地位，通过分析不同的层化强度的数量。我们发现，稳定层对流的效果只减弱，增加分层强度，这意味着稳定层和对流的动力学应研究自洽在广泛的应用。
2017-09-19 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Detection of standing internal gravity waves in experiments with convection over a wavy heated wall
本文用瑞利数$\sim 10^8$对气流中波浪形加热底壁的对流进行了实验研究。结果表明，大尺度环流内部流核的平均温度梯度是向上的，对应于稳定分层流。在波浪形加热底壁的实验中，我们探测到在稳定分层流区域激发的大尺度驻波内重力波。这些波的波长和周期远大于湍流的空间和时间尺度。特别地，所观察到的大尺度波的频率从0.006 Hz变化到0.07 Hz，而积分尺度中的湍流时间约为0.5 s。这些波的测量光谱包含几个本地化的最大值，这意味着存在的波导谐振器的大规模常设内部重力波。为了进行比较，还进行了在相同的底壁和上壁之间的平均温差下的光滑平面底壁上的对流实验。在这些实验中，还发现了具有稳定分层流的各种位置，并且在这些区域中观察到大尺度的驻波内重力波。
2020-08-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Internal gravity waves in a stratified medium of non-uniform depth
考虑了分层海洋中运动源产生的非简谐内重力波包的重建问题。构造了在光滑变化的地面上运动的源所产生的内重力波场的一致渐近形式。提出的解决方案中的波模式，独立传播的绝热近似，并描述为一个非整数度系列的小参数表征的分层介质。波包的特定形式取决于单个波模的色散曲线的局部行为，该特定形式可以根据模型函数（艾里函数）来参数化。提出了一种改进的时空射线方法，该方法属于几何光学方法。所提出的技术的关键点是可能的一些小参数的非整数度级数的解的渐近表示。
2011-10-27 math-ph math.MP physics.ao-ph
Two-phase stratified MHD flows in rectangular ducts
School of Mechanical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；Soreq NRC（索雷克国家研究中心）
研究双相分层MHD流动特性，揭示非导电气体层对流动对称性的影响及壁导电率配置和磁场取向对流动特性的影响。
2026-03-03 physics.flu-dyn
Diffusive Braking of Penetrative Convection in Stably-Stratified Fluids
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；JILA, University of Colorado Boulder（JILA，科罗拉多大学博尔德分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文通过二维和三维 Boussinesq 模拟研究底部对流穿透稳定分层流体的行为，发现对流在界面速度与成分扩散速度相当时发生停滞，且该停滞仅在强热扩散等机制存在时才持续。
2025-11-04 physics.flu-dyn
On the dynamics of internal waves propagating in stratified media of a variable depth: exact and asymptotic solutions
分层介质（例如海洋或大气）中内波的动力学高度依赖于其底部的地形。只有当配水密度和地板形状用特定函数模拟时，才能导出封闭形式的解析解。在一般情况下，当分层介质的特性和边界条件是任意的，内波的动力学只能用数值方法近似。然而，数值解不能定性地描述波场。同时，在将遥感方法应用于天基雷达应用的研究中，需要对内波远场进行定性分析。在这种情况下，内波的动力学可以用渐近模型来描述。本文导出了描述具有光滑变化底面的分层介质中传播的内重力波远场特性问题的渐近解。
2012-07-06 math-ph math.MP physics.ao-ph
Analytical Investigation by Using the Two-fluid-model to Study the Interfacial Behavior of Air-water Horizontal Stratified Flow
在化学、石油和核工业中，管道通常用于将流体从一个工艺场所输送到另一个工艺场所。了解管道内的流体行为是工程师和科学家最重要的考虑因素。从以往的研究来看，水平管内的两相流有多种流型。一种是分层流型，其特征是液体沿管底流动，气体在其上方并流。另一种流型是段塞流和活塞流。这种流动会引起管道的腐蚀、磨损、爆管等破坏。因此，段塞流和活塞流在管道中是不受欢迎的，并且出于安全原因，流动保持在分层流动条件下。本文采用解析法对内径为26 mm的旋流器内的分层流型进行了实验研究。介绍了水平管。通过实验建立了高质量的分层两相流流型数据库。实验数据由高速摄像机拍摄的可视化数据获得，并采用数字图像处理技术进行处理。采用双流体模型的分析方法研究了两相流的界面行为。本研究的目的是验证以前的相关性，这是由其他研究人员提出的。结果表明，它们之间仍然存在许多显著差异。因此，今后应提出更好的相关性。在与现有的分析数据比较的基础上，进行了讨论。
2015-11-16 physics.flu-dyn
Stratified inclined duct: two-layer hydraulics and instabilities
分层倾斜导管（SID）维持交换流在一个长的，轻轻倾斜的管道作为一个模型，连续强制密度分层流，如那些发现在河口。实验表明，出现的界面波和它们的过渡到湍流的倾斜角的增加似乎与阈值的交换流量由无粘性的两层水力学。我们发现这些水力机制与（i）最近的直接数值模拟（DNS）提供了完整的流量数据，在关键的流动制度（朱和Atoufi等人，arXiv：2301.09773，2023），（ii）平均这些DNS分为两层，（iii）无粘性两层浅水和不稳定理论，以诊断界面波的行为，并提供物理见解。层流在整个管道中是亚临界和稳定的，并且在管道的端部处是液压控制的。随着倾斜的增加，流动变得到处都是超临界的，并且对长波不稳定。一个内部的起伏跳跃，具有驻波首先出现在附近的中心的管道，然后导致较大幅度的行波，并在最大的倾斜角更强的跳跃，波破碎和间歇性湍流。长波（非线性）浅水方程描述的局部解释为线性波的两层平行的底流描述的泰勒-戈尔茨坦方程。这种联系有助于我们解释长波不稳定性，并将其与短波（例如开尔文-亥姆霍兹）不稳定性进行对比。我们的研究结果表明，通过长波不稳定性依赖于垂直限制的顶部和底部的墙壁在SID湍流的过渡。
2023-01-30 physics.flu-dyn
Nonlinear spin-up of a thermally stratified fluid in cylindrical geometries
这是第62届APS-DFD年会的流体运动画廊的一个条目（流体动力学视频）。这个视频显示了三维时间依赖性的增量自旋的热分层流体在圆柱体和环空。刚性底壁/侧壁是防滑的，并且上表面是无应力的。所有的表面都是隔热的。工作流体是以运动粘度$ν$和热扩散率$κ$为特征的水。最初，流体温度随高度线性变化，其特征在于恒定的浮力频率$N$，其与密度梯度成比例。当流体处于固体旋转状态时，系统经历从其初始值$Ω_i $到最终值$Ω_f$的旋转速率的突变。我们的研究揭示了从轴对称的初始循环过渡到非轴对称的流动模式在后期自旋的时间的可行性。
2009-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Gas-liquid stratified MHD flows in inclined rectangular ducts
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Soreq NRC（索雷克国家研究中心）
本研究通过解析与数值方法，分析了倾斜矩形管道中垂直磁场下的气液分层MHD流动，揭示了倾斜、壁面电导率与电磁力对持液率、压力梯度及泵送需求的复杂影响。
2026-09-14 physics.flu-dyn
Sheared stably stratified turbulence and large-scale waves in a lid driven cavity
为了确定控制平均流和湍流的参数，并了解它们对动量和热传递的影响，我们对具有非零垂直平均温度梯度的盖驱动腔中的稳定分层湍流进行了实验研究。我们发现，平均速度模式（例如，大尺度环流的形式和大小）强烈地取决于温度分层的程度。在强稳定层结情况下，强湍流区位于主大尺度环流附近。在强稳定层结的情况下，我们发现了大尺度的非线性振荡，这种振荡可以解释为非线性的重力波。在非线性阶段，速度场和温度场中这些波的主要含能频率之比约为2。波的振幅在弱湍流区域（靠近空腔的底壁）增加，由此垂直平均温度梯度增加。
2014-08-26 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Internal wave turbulence in a stratified fluid with and without eigenmodes of the experimental domain
本文通过实验发现层化流体中离散内波本征模会阻碍弱波湍流连续谱形成，并证明引入倾斜边界可抑制离散模态，从而实现趋近三维内波湍流的能量连续谱。
2023-05-30 physics.flu-dyn
Surface reflection of bottom generated oceanic lee waves
由海洋中粗糙海底地形上的分层流产生的背风波从地转流中提取动量和能量，当它们破裂时，在内部海洋中引起阻力并增强湍流和混合。无粘线性理论通常用于预测背风波的产生率，但导致最终能量耗散和不可逆混合的波破碎的位置和机制约束不足。在这项研究中，一个线性模型的粘性，扩散率，和上边界被用来证明潜在的重要性，表面在反射背风波能量回到内部，使情况下作为一个完整的水柱过程治疗背风波。在临界水平的情况下，它表明，背风波可以预期与上层海洋相互作用，导致在表面附近的增强的垂直速度和耗散和混合。增加背景速度和分层与底部以上的高度的典型海洋条件的影响进行了研究，并显示有助于提高上层海洋垂直速度和混合。
2021-03-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Overlapping boundary layers in coastal oceans
由于海底相互作用的存在，近岸区域的边界层湍流不同于深海区域。本文采用大涡模拟方法，通过数值求解波浪平均方程，研究了有限水深近岸海洋中表层和底层边界层的合并问题。海洋流体是由风应力、表面波和存在稳定垂直层结的恒定电流的联合作用驱动的。产生的流动由两个重叠的边界层组成，即表面和底部边界层，由内部分层分离。重叠边界层的发展经历了快速加深、振荡平衡和迅速合并三个阶段，其间有两个转捩。合并前，在分层层中观察到内波，内波主要由表面边界层中的朗缪尔湍流激发。这些波对底部产生的湍流产生明显的调制，促进表面和底部边界层之间的相互作用。合并后，原本局限于表层的朗缪尔环流被发现在尺寸上增长并向下延伸到海底（即使表面波感觉不到底部），让人想起组织良好的朗缪尔超级单体。这些全深度的朗缪尔环流促进了垂直混合并增强了底部剪切，导致垂直柱中湍流水平的显著增强。
2021-03-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experiments on barotropic-baroclinic conversion and the applicability of linear n-layer internal wave theories
本文对封闭容器中自由面周期扰动激发的分层流体界面内波进行了实验研究。正压-斜压能量转换是由海底障碍物引起的。研究了水平表面速度与内波振幅之间的关系，定性地描述了发展中的流型，系统地分析了内波的波速，并与线性2层和3层理论进行了比较。我们发现，尽管事实上，所观察到的内波可以有相当大的振幅，线性3层近似仍然给出了相当好的协议与实验结果。
2017-05-31 physics.flu-dyn
Progressive internal gravity waves with bounded upper surface climbing a triangular obstacle
在本文中，我们讨论了一个理论模型的界面轮廓的渐进的非线性波的结果，从引入一个三角形障碍，有限的高度，连接到底部以下的分层，理想的，两层流体的流动，从上面有一个刚性的边界。推导出的方程求解采用非线性摄动法。研究了界面轮廓对三角形障碍物尺寸的依赖性，以及对一些流动参数的依赖性，如两种流体的深度和密度的比值。
1998-01-01 physics.flu-dyn
Propagating and evanescent internal waves in a deep ocean model
我们提出的实验和计算研究的传播内波在分层流体的指数密度分布模型的深海。浮力频率分布图$N(z)$（与密度梯度的平方根成比例）在流体深度上平滑地变化超过一个数量级，这在深海中是常见的。不均匀分层的特征在于转向深度$z_c$，其中$N(z_c)$等于波频$ω$和$N(z < z_c) < ω$。内波从转向深度反射，并在转向深度以下成为渐逝波。转向深度以下的能量通量呈指数衰减，衰减常数由$ k_c$给出，这是在转向深度的水平波数。转向深度以上入射波和反射波的垂直速度振幅的粘性衰减与先前未经检验的任意分层流体理论在百分之几内一致[Kistovich和Chashechkin，J. App. Mech. Tech. 39，729 - 737（1998）]。
2012-09-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
