شبيه‌ سازي عددي امواج هلمبو در جريان گرانشي نفوذي با استفاده از روش شبيه‌ سازي گردابه‌هاي بزرگ

Numerical simulation of Holmboe waves in intrusive gravity current using LES method

جريان‌هاي گرانشي، جريان‌هايي با اهميت و نقش گسترده در مطالعات اتمسفري و اقيانوسي هستند. جريان چگال هنگامي ايجاد مي‌شود كه يك سيال با چگالي متفاوت درون سيالي ديگر به حركت درآيد. اگر سيال با چگالي معين وارد محيط لايه‌بندي‌شده، شود، به‌گونه‌اي كه چگالي آن از لايه‌هاي زيرين كمتر و از لايه‌هاي بالايي بيشتر باشد جريان گرانشي از نوع نفوذي است. ناپايداري‌هاي كلوين-هلمهولتز و هلمبو در سطح تماس اين جريان‌ها ديده مي‌شود. پارامترهاي تعيين‌كننده در نوع ناپايداري عدد ريچاردسون موضعي و نسبت ضخامت لايه برشي به لايه چگالي است. در اين پژوهش شبيه‌سازي عددي دو‌بعدي ناپايداري هلمبو با ديدگاه اويلري-اويلري در جريان گرانشي نفوذي درون كانال، بررسي شده‌است. براي انجام اين شبيه‌سازي از كد اپن‌فوم و با توجه به آشفته‌بودن جريان از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ براي مدل‌سازي آشفتگي استفاده شده‌است. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد، با افزايش چگالي جريان نفوذي مقدار عدد ريچاردسون كاهش و نسبت ضخامت لايه برشي به لايه چگالي افزايش مي‌يابد. هم‌چنين با افزايش چگالي، مقدار فركانس امواج هلمبو ابتدا افزايش، سپس كاهش مي‌يابد. علاوه بر اين، مقدار طول موج امواج هلمبو با افزايش چگالي جريان نفوذي زياد مي‌شود ولي در عدد موج امواج، رفتار عكس ديده مي‌شود. سرعت فاز امواج هلمبو نيز، روند مشخصي با تغييرات چگالي ندارد.

Gravitational currents are important currents in atmospheric and oceanic studies. Gravity current is caused when a fluid with different density moves into another fluid. If the fluid of a given density enters the stratified ambient, such that its density is lower than the underneath layers and higher than the upper layers, the gravity current is of the intrusive type. The Kelvin-Helmholtz and the Holmboe instabilities are seen in the interface. The decisive parameters in the type of instability are the Richardson number local and the ratio of shear layer thickness to the density layer. In this study, two-dimensional numerical simulation of Holmboe waves with the Eulerian-Eulerian approach on intrusive gravitational flow is investigated. OpenFOAM code was used to perform this simulation, and due to the turbulence of the flow, the LES method was used to model the turbulence. The obtained results show that with increasing the intrusive current density, the value of Richardson number decreases and the R parameter increases.Also, as the density increases, the frequency of the Holmboe waves first increases, then decreases. An increase in the wavelength of Holmboe waves is observed with increasing the intrusive current density. The phase velocity of Holmboe waves also does not have a specific trend with density changes.