شبیه‌سازی عددی امواج هلمبو در جریان گرانشی نفوذی با استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

جریان‌های گرانشی، جریان‌هایی با اهمیت و نقش گسترده در مطالعات اتمسفری و اقیانوسی هستند. جریان چگال هنگامی ایجاد می‌شود که یک سیال با چگالی متفاوت درون سیالی دیگر به حرکت درآید. اگر سیال با چگالی معین وارد محیط لایه‌بندی‌شده، شود، به‌گونه‌ای که چگالی آن از لایه‌های زیرین کمتر و از لایه‌های بالایی بیشتر باشد جریان گرانشی از نوع نفوذی است. ناپایداری‌های کلوین-هلمهولتز و هلمبو در سطح تماس این جریان‌ها دیده می‌شود. پارامترهای تعیین‌کننده در نوع ناپایداری عدد ریچاردسون موضعی و نسبت ضخامت لایه برشی به لایه چگالی است. در این پژوهش شبیه‌سازی عددی دو‌بعدی ناپایداری هلمبو با دیدگاه اویلری-اویلری در جریان گرانشی نفوذی درون کانال، بررسی شده‌است. برای انجام این شبیه‌سازی از کد اپن‌فوم و با توجه به آشفته‌بودن جریان از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شده‌است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد، با افزایش چگالی جریان نفوذی مقدار عدد ریچاردسون کاهش و نسبت ضخامت لایه برشی به لایه چگالی افزایش می‌یابد. هم‌چنین با افزایش چگالی، مقدار فرکانس امواج هلمبو ابتدا افزایش، سپس کاهش می‌یابد. علاوه بر این، مقدار طول موج امواج هلمبو با افزایش چگالی جریان نفوذی زیاد می‌شود ولی در عدد موج امواج، رفتار عکس دیده می‌شود. سرعت فاز امواج هلمبو نیز، روند مشخصی با تغییرات چگالی ندارد.

numerical simulation of holmboe waves in intrusive gravity current using les method

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.