Jenis Turbulensi yang Berbeda
transport

Jenis Turbulensi yang Berbeda

Oleh Miguel Teixeira

Mungkin dianggap bahwa turbulensi pada dasarnya sama di mana-mana. Namun, efisiensi pencampurannya tidak hanya bergantung pada intensitasnya (seperti yang diharapkan secara intuitif), tetapi juga pada sifat yang lebih halus, seperti anisotropi (komponen fluktuasi kecepatan mana yang dominan). Karakteristik ini ditentukan oleh mekanisme yang menghasilkan turbulensi. Sebagai contoh, diketahui bahwa turbulensi konvektif (dihasilkan oleh fluks panas positif ke atmosfer atau fluks panas negatif keluar dari laut) biasanya bercampur lebih efisien daripada turbulensi yang dihasilkan geser yang disebabkan oleh kondisi batas tanpa selip di tanah. Ini bukan hanya karena pemanasan seringkali merupakan sumber energi yang lebih kuat daripada geseran angin, tetapi juga karena turbulensi konvektif didominasi oleh fluktuasi kecepatan vertikal (yang memiliki kemampuan pencampuran lebih besar – dalam vertikal), sedangkan turbulensi geser didominasi oleh horizontal. fluktuasi kecepatan.

Bahkan mengabaikan efek termal, turbulensi di lapisan batas samudera memiliki karakter yang sama sekali berbeda dari turbulensi lapisan batas atmosfer, karena kondisi batas yang berbeda pada antarmuka udara-air relatif dengan yang ada di tanah. Sementara, di atmosfer di atas medan datar (medan bergelombang berbeda), kondisi batas tanpa selip menghasilkan turbulensi yang digerakkan oleh geser, di lapisan batas samudera, arus air geser ada di dekat permukaan, dipaksa oleh tekanan angin, tetapi itu bukanlah aspek yang paling penting. Tekanan angin juga menghasilkan gelombang permukaan, yang memiliki transpor Lagrangian terkait dalam arah perambatan gelombang, yang disebut “Stokes drift”. Elemen ini benar-benar mengubah karakter turbulensi.

Gambar 1 menunjukkan kesejajaran busa di permukaan badan air. Busa ini, yang mungkin dihasilkan oleh pemecah gelombang mikro atau capping putih (juga disebabkan oleh angin), sejajar tegak lurus dengan puncak gelombang (setidaknya jauh dari pantai) dan juga secara kasar sejajar dengan angin. Hal ini terjadi karena adanya pusaran yang koheren (dikenal sebagai sirkulasi Langmuir) di dalam air, dengan sumbunya sejajar dengan arah rambat angin dan gelombang. Busa terkumpul di zona konvergensi vortisitas ini pada antarmuka udara-air.

Jenis Turbulensi yang Berbeda

Gambar 1: Windrows, atau kesejajaran busa pada antarmuka udara-air dari badan air, yang disebabkan oleh efek gabungan dari arus permukaan yang disebabkan oleh gelombang permukaan yang digerakkan oleh angin dan melalui Sirkulasi Langmuir.

Meskipun sirkulasi Langmuir pada awalnya dipelajari sebagai fitur skala tunggal, menggunakan teori linier pertumbuhan modal (Craik dan Leibovich, 1976), telah menjadi jelas bahwa mereka memiliki beberapa skala, sehingga mereka dapat dilihat sebagai jenis turbulensi yang terpisah (bernama turbulensi Langmuir). ) (McWilliams et al., 1997), berbeda dari turbulensi yang digerakkan oleh geser yang lebih umum pada lapisan batas non-konvektif. Konfigurasi umum turbulensi Langmuir dijelaskan pada Gambar 2. Pusaran aliran yang mendominasi turbulensi Langmuir biasanya selaras dengan arah rambat gelombang permukaan, dan dalam 5˚ hingga 15 dari arah angin. Mereka dicirikan oleh zona konvergensi (berwarna biru) di mana busa (atau puing-puing mengambang) terkumpul, kecepatan vertikal ~5 u*dimana kamu* adalah kecepatan gesekan di dalam air, dan pancaran permukaan pada zona konvergensi dalam arah angin dan gelombang, dengan gangguan kecepatan ~10 – 15 u*. Zona upwelling/permukaan divergensi vortisitas Langmuir adalah lokasi istimewa untuk kemunculan plankton.

Gambar 2: Diagram skematis menunjukkan konfigurasi pusaran turbulensi Langmuir dan fenomena fisik yang terkait (dari Smith, 2001).

Mekanisme yang mendasari struktur turbulensi Langmuir, dan perbedaannya dari turbulensi geser, dijelaskan pada Gambar 3. Pada panel kiri, kita dapat melihat bagaimana vortisitas vertikal (yang selalu ada dalam turbulensi) dimiringkan dan diregangkan oleh profil vertikal turbulensi. Stokes drift berhubungan dengan gelombang permukaan yang merambat dari kiri ke kanan. Transpor Lagrangian ini memiliki maksimum di permukaan dan meluruh menjadi nol dengan bertambahnya kedalaman. Hal ini menyebabkan kemiringan vortisitas vertikal ke arah penyimpangan Stokes (yang bertepatan dengan arah perambatan gelombang), dan peregangan vortisitas ini. Kami akan menyebut arah rambat gelombang, yang biasanya bertepatan dengan arah tegangan angin dan geser dalam arus yang disebabkan oleh angin, arah arus. Peregangan vortisitas streamwise menyebabkan amplifikasinya, membuat vortisitas ini menjadi dominan dalam turbulensi. Ini menjelaskan keberadaan pusaran aliran yang koheren dalam turbulensi Langmuir. Vortisitas ini didominasi oleh fluktuasi kecepatan dalam arah bentang dan vertikal, yang terakhir sangat mendorong pencampuran vertikal.

Pada panel kanan Gambar 3, kita melihat bagaimana turbulensi yang digerakkan oleh geser berbeda dari turbulensi Langmuir dalam hal ini. Vortisitas vertikal dalam turbulensi dimiringkan dan diregangkan secara merata ke arah arus, sekarang dengan gaya geser rata-rata pada arus yang digerakkan oleh angin. Tetapi vortisitas rata-rata dalam arus juga dimiringkan oleh sirkulasi yang diinduksi oleh vortisitas turbulen, dan ini menyebabkan pembatalan sebagian yang terakhir. Inilah sebabnya mengapa turbulensi yang digerakkan oleh geser tidak didominasi oleh pusaran arus, seperti turbulensi Langmuir. Sebaliknya, fluktuasi kecepatan dalam arah aliran (kadang-kadang disebut “struktur bergaris”) yang dominan.

Gambar 3: Kiri: memiringkan dan meregangkan vortisitas vertikal menjadi vortisitas streamwise oleh arus permukaan gelombang Stokes; Kanan: kemiringan dan peregangan vortisitas dalam aliran geser (dari Teixeira dan Belcher, 2002).

Konsekuensi dari perbedaan ini untuk pengangkutan pelacak apung yang terperangkap di antarmuka udara-air dijelaskan pada Gambar 4 (di mana gelombang permukaan diasumsikan merambat dari kiri ke kanan dan/atau angin diasumsikan bertiup dari kiri ke kanan) . Dalam turbulensi yang digerakkan oleh gelombang (atau Langmuir) (diagram di sebelah kiri), aliran didominasi oleh pusaran arus, yang pada permukaannya terutama menginduksi fluktuasi kecepatan bentang (panah). Zona konvergensi medan kecepatan ini mengarah pada konsentrasi pelacak apung di sepanjang garis yang disejajarkan dalam arah aliran. Dalam turbulensi geser (diagram di sebelah kanan), ada juga kecenderungan pelacak permukaan apung untuk menyelaraskan dalam arah aliran, tetapi mekanisme yang menyebabkannya lebih lemah. Hal ini terkait dengan pertemuan yang selalu terjadi di daerah pintu masuk secara maksimal dalam fluktuasi kecepatan arus yang dominan (struktur bergaris).

Gambar 4: Diagram skematis yang menunjukkan pengangkutan pelacak apung oleh pusaran arus (Kiri) dalam turbulensi Langmuir; (Kanan) struktur bergaris dalam turbulensi yang digerakkan oleh geser (dari Teixeira dan Belcher, 2010).

Tinjauan terkini tentang turbulensi Langmuir, termasuk motivasi pentingnya, perkembangan terbaru dalam teori, pengukuran dan pemodelan numerik, dan berbagai aplikasi, disediakan dalam ulasan singkat terbaru oleh penulis posting ini, diterbitkan dalam edisi terbaru dari Encyclopedia of Ocean Sciences (Teixeira, 2019).

Referensi

Craik, ADD, dan Leibovich, S. (1976) Sebuah model rasional untuk sirkulasi Langmuir. J. Mekanisme Fluida., 73, 401-426. doi: https://doi.org/10.1017/S0022112076001420

McWilliams, JC, Sullivan, PP dan Moeng, C.-H. (1997) Turbulensi Langmuir di lautan. J. Mekanisme Fluida., 334, 1-30. doi: https://doi.org/10.1017/S0022112096004375

Smith, JA (2001) Pengamatan dan teori sirkulasi Langmuir: cerita pencampuran. Dalam Dinamika Fluida dan Lingkungan: Pendekatan Dinamis, Catatan Kuliah Fisika, vol. 566, 295-314, Ed.: Lumley, JL, Springer. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-44512-9_16

Teixeira, MAC (2019) Sirkulasi dan ketidakstabilan Langmuir. Di Ensiklopedia Ilmu Kelautan (Edisi Ketiga), Eds. JK Cochran, HJ Bokuniewicz, PL Yager, Academic Press, hlm. 92-106. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.04176-2

Teixeira, MAC dan Belcher, SE (2002) Tentang distorsi turbulensi oleh gelombang permukaan progresif. J. Mekanisme Fluida., 458, 229-267. doi: https://doi.org/10.1017/S0022112002007838

Teixeira, MAC dan Belcher, SE (2010) Tentang struktur turbulensi Langmuir. Pemodelan Laut, 31, 105-119. doi: https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2009.10.007

Memang knowledge keluaran, information data hk thn 2021 terlampau penting bagi para bettor, sehingga bettor banyak melacak data-data keluaran hk. Terutama result hk sebab juga sudah terbukti bakal keakuratan angka-angkanya. Yang sudah terbukti selalu mendekati dengan angka result berasal dari pasar hk. Jadi banyak bettor yang mencari result hk periode tahun 2022. Bettor dapat meraih berasal dari web site kami, karena kami sedia kan keluaran hk terlengkap yang sanggup bettor dapatkan. Dan bisa bettor jadikan acuan dalam memprediksi angka kemenangan yang nantinya dapat bettor pasang didalam permainan.