hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667319020047hydrophysics-47Research ArticleФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОФИЗИКИFUNDAMENTAL ISSUES OF HYDROPHYSICSВлияние пульсаций источника на структуру и внутреннюю динамику интрузионного теченияInfluence of the source pulsations on the structure and internal dynamics of the intrusionИсаченкоИ. А.IsachenkoI. A.

Москва

Moscow

isatchenko@gmail.comИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of SciencesRussian Federation2019291120211222733Copyright © Исаченко И.А., 20212021Исаченко И.А.Isachenko I.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/47

Перевод на англ. яз.: Е.С. Кочеткова, 2019

Структура и внутренняя динамика интрузионного течения изучалась при помощи двумерной численной модели стратифицированных по плотности течений в вертикальной плоскости. Течение в модельном пространстве формировалось за счет притока жидкости промежуточной плотности в двухслойную среду. Приток осуществлялся в виде двух импульсов фиксированного объема с заданным интервалом времени между ними. Начальная стратификация определялась перепадом плотности между слоями равной толщины и толщиной промежуточного слоя. Для идентификации водных масс отдельных импульсов в расчетах использовались индивидуальные поля пассивной примеси. Предложен набор безразмерных параметров, определяющих начальные и граничные условия задачи. Численные эксперименты показали существенное влияние пульсаций расхода источника на эволюцию интрузионного течения. В зависимости от параметров затока может происходить как ускорение, так и замедление горизонтального распространения объема второй интрузии. Приведены примеры различной динамики объема второго импульса при закритических и докритических начальных числах Фруда. Расчеты показывают, что импульсный характер источника в наибольшей степени модифицирует течение при коротком интервале времени между импульсами.

Translated by E.S. Kochetkova

A 2-dimensional numerical model of stratified fluid dynamics in the vertical plane was used to investigate the structure and internal dynamics of density stratified intrusive current. The intrusion was formed by the pulsed inflow of two identical volumes of water of intermediate density into the two-layer stratified environment with a given time interval. Inflowing volumes of water were marked by different passive tracers. Initial stratification was defined by the density difference between the layers of equal thickness and the thickness of the intermediate layer. A set of dimensionless parameters is proposed which define the initial and boundary conditions of the problem. Numerical experiments showed that the evolution of the intrusive current is significantly influenced by pulsations of the inflow, particularly in the case when the time interval between the pulses is short. Depending on the intrusion parameters both is possible the acceleration and slowdown of horizontal propagation of the second intrusion volume. Dynamics of inflow of the second inflow volume is different for flows with supercritical and subcritical initial Froude number. Calculations show that the pulse nature of the source modifies the flow to the greatest extent when a short time interval between pulses.

стратифицированные теченияплотностные течениячисленное моделированиеstratified currentdensity currentnumerical simulationInvestigations are supported by RFBR, grant No. 19-05-00717.ReferencesSimpson J.E. Gravity currents: In the environment and the laboratory. Cambridge: Cambridge university press, 1997. 244 p.Simpson J.E. Gravity currents: In the environment and the laboratory. Cambridge, Cambridge university press, 1997. 244 p.Самолюбов Б.И. Плотностные течения и диффузия примесей. М.: Изд. ЛКИ, 2007. 352 с.Samolûbov B.I. Density flows and diffusion of admixtures. M., Izd. LKI, 2007. 352 p. (in Russian).Johnson G.C., Lueck R.G., Sanford T.B. Stress on the Mediterranean outflow plume: Part II. Turbulent dissipation and shear measurements // Journal of Physical oceanography. 1994. V. 24, № 10. P. 2084–2092.Johnson G.C., Lueck R.G., Sanford T.B. Stress on the Mediterranean outflow plume: Part II. Turbulent dissipation and shear measurements. Journal of Physical Oceanography. 1994, 24, 10, 2084–2092.Baringer M.O. N., Price J.F. Mixing and spreading of the Mediterranean outflow // Journal of Physical Oceanography. 1997. V. 27, № 8. P. 1654–1677.Baringer M.O. N., Price J.F. Mixing and spreading of the Mediterranean outflow. Journal of Physical Oceanography. 1997, 27, 8, 1654–1677.Price J.F., Baringer M.O. N., Lueck R.G., Johnson G.C., Ambar I., Parrilla G., Cantos A., Kennely M.A., Sanford T.B. Mediterranean outflow mixing and dynamics // Science. 1993. V. 259, № 5099. P. 1277–1282.Price J.F., Baringer M.O. N., Lueck R.G., Johnson G.C., Ambar I., Parrilla G., Cantos A., Kennely M.A., Sanford, T. B. Mediterranean outflow mixing and dynamics. Science. 1993, 259, 5099, 1277–1282.Latif M.A., Özsoy E., Oguz T., Ünlüata Ü. Observations of the Mediterranean inflow into the Black Sea // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. V. 38. P. S711–S723.Latif M.A., Özsoy E., Oguz T., Ünlüata Ü. Observations of the Mediterranean inflow into the Black Sea. Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991, 38, S711–S723.Di Iorio D., Yüce H. Observations of Mediterranean flow into the Black Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. V. 104, № C2. P. 3091–3108.Di Iorio D., Yüce H. Observations of Mediterranean flow into the Black Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999, 104, C2, 3091–3108.Jarosz E., Teague W.J., Book J.W., Beşiktepe S. On flow variability in the Bosphorus Strait // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. V. 116, № C8. P. 1–17.Jarosz E., Teague W.J., Book J.W., Beşiktepe S. On flow variability in the Bosphorus Strait. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011, 116, C8, 1–17.Peters H., Johns W., Bower A.S., Fratantoni D.M. Mixing and entrainment in the Red Sea outflow plume. Part I: Plume structure // Journal of Physical Oceanography. 2005. V. 35, № 5. P. 569–583.Peters H., Johns W., Bower A.S., Fratantoni D.M. Mixing and entrainment in the Red Sea outflow plume. Part I: Plume structure. Journal of Physical Oceanography. 2005, 35, 5, 569–583.Käse R.H., Girton J.B., Sanford T.B. Structure and variability of the Denmark Strait Overflow: Model and observations // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. V. 108, № C6. P. 1–15.Käse R.H., Girton J.B., Sanford T.B. Structure and variability of the Denmark Strait Overflow: Model and observations. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003, 108, C6, 1–15.Girton J.B., Sanford T.B. Descent and modification of the overflow plume in the Denmark Strait // Journal of Physical Oceanography. 2003. V. 33, № 7. P. 1351–1364.Girton J.B., Sanford T.B. Descent and modification of the overflow plume in the Denmark Strait. Journal of Physical Oceanography. 2003, 33, 7, 1351–1364.Macrander A., Käse R.H., Send U., Valdimarsson H., Jónsson S. Spatial and temporal structure of the Denmark Strait Overflow revealed by acoustic observations // Ocean Dynamics. 2007. V. 57, № 2. P. 75–89.Macrander A., Käse R.H., Send U., Valdimarsson H., Jónsson S. Spatial and temporal structure of the Denmark Strait Overflow revealed by acoustic observations. Ocean Dynamics. 2007, 57, 2, 75–89.Sutherland B.R. Interfacial gravity currents. I. Mixing and entrainment // Physics of Fluids. 2002. V. 14, № 7. P. 2244–2254.Sutherland B.R. Interfacial gravity currents. I. Mixing and entrainment. Physics of Fluids. 2002, 14, 7, 2244–2254.Mehta A.P., Sutherland B.R., Kyba P.J. Interfacial gravity currents. II. Wave excitation // Physics of Fluids. 2002. V. 14, № 10. P. 3558–3569.Mehta A.P., Sutherland B.R., Kyba P.J. Interfacial gravity currents. II. Wave excitation. Physics of Fluids. 2002, 14, 10, 3558– 3569.O’Callaghan J., Rickard G., Popinet S., Stevens C. Response of buoyant plumes to transient discharges investigated using an adaptive solver // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2010. V. 115, № C11025. P. 1–17.O’Callaghan J., Rickard G., Popinet S., Stevens C. Response of buoyant plumes to transient discharges investigated using an adaptive solver. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2010, 115, C11025, 1–17.O’Callaghan J.M., Stevens C.L. Transient river flow into a fjord and its control of plume energy partitioning // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. V. 120, № 5. P. 3444–3461.O’Callaghan J.M., Stevens C.L. Transient river flow into a fjord and its control of plume energy partitioning. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015, 120, 5, 3444–3461.Гриценко В.А., Юрова А.А. Об основных фазах отрыва придонного гравитационного течения от склона дна // Океанология. 1999. Т. 39, № 2. С. 187–191.Gricenko V.A., Ûrova A.A. On the main phases of the separation of the bottom gravitational flow from the bottom slope. Okeanologiya. 1999, 39, 2, 187–191 (in Russian).Гриценко В.А., Чубаренко И.П. Об особенностях структуры фронтальной зоны придонных гравитационных течений // Океанология, 2010. № 1. С. 26–32.Gritsenko V.A., Chubarenko I.P. On features of structure of bottom gravity current frontal zone. Oceanology. 2010, 50, 1, 28–35.Гриценко В.А. Исследование динамики и внутренней структуры придонных гравитационных течений. Автореф. дисс. на соиск. ст. д.ф.-м.н. Калининград, 1998.Gricenko V.A. Study of the dynamics and internal structure of bottom gravity currents. Avtoref. diss. na soisk. st. d.f.-m.n. Kaliningrad, 1998 (in Russian).Баренблатт Г.И. Анализ размерностей: Уч. пос. М.: МФТИ. 1987. C. 165.Barenblatt G.I. Dimension Analysis: Uch. pos. M., MFTI, 1987, 165 p. (in Russian).Britter R.E., Simpson J.E. Experiments on the dynamics of a gravity current head // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V. 88, № 2. P. 223–240.Britter R.E., Simpson J.E. Experiments on the dynamics of a gravity current head. Journal of Fluid Mechanics. 1978, 88, 2, 223–240.Faust K.M., Plate E.J. Experimental investigation of intrusive gravity currents entering stably stratified fluids // Journal of Hydraulic Research. 1984. V. 22, № 5. P. 315–325.Faust K.M., Plate E.J. Experimental investigation of intrusive gravity currents entering stably stratified fluids. Journal of Hydraulic Research. 1984, 22, 5, 315–325.Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкостях. М.: Мир, 1977. 431 с.Turner J.S. Buoyancy effects in fluids. Cambridge university press, 1979. 362 p.Роуч П. Вычислительная гидродинамика. Рипол Классик, 1980. 612 с.Roache P.J. Computational fluid dynamics. Hermosa publishers, 1972. 446 p.Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц / Пер. с англ. Липатова А.С. и Полюдова А.Н. М.: Мир, 1987. 638 с.Eastwood J.W., Hockney R.W. Computer Simulation using particles. New York, McGraw-Hill, 1981.Анучин В.Н., Гриценко В.А., Гриценко И.В. О структуре головной части интрузии в устойчиво стратифицированной жидкости // Океанология. 1990. Т. 30, № 2. С. 216–221.Anuchin V.N., Gritsenko V.A., Gritsenko I.V. On the structure of the head part of an intrusion in a stably stratified fluid. Okeanologiya. 1990, 30, 2, 216–221 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.