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Three-dimensional structure of stratified turbulence

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Comprendere una nuova forma di turbolenza

I ricercatori hanno fornito le soluzioni a importanti problemi relativi al flusso turbolento in sistemi stratificati come gli oceani e l'atmosfera.

Cambiamento climatico e Ambiente

Una nuova classe di turbolenza tridimensionale (3D) nota come instabilità zig-zag (ZZI) è stata recentemente dimostrata come la causa del raddoppiamento degli strati orizzontali in fluidi stratificati stabilmente, quelli con strati di densità che diminuiscono in direzione verticale. Tali sistemi sono comuni sia nell'atmosfera che negli oceani. Il progetto finanziato dall'UE 3DZZI ("Three-dimensional structure of stratified turbulence") è stato intrapreso per valutare l'evoluzione della ZZI nella turbolenza stratificata forzata in modo sperimentale, dato che il precedente lavoro sul fenomeno è stato limitato ai flussi convenzionali. Gli scienziati hanno generato la turbolenza stratificata utilizzando generatori a 12 vortici in un serbatoio stratificato stabilmente e linearmente. Le misurazioni della velocità hanno confermato che il flusso si è organizzato in strati orizzontali tramite ZZI. La ZZI può indurre la formazione dei cosiddetti vortici bidimensionali che a loro volta causano la formazione di instabilità secondarie che includono le instabilità pure e gravitazionali che finora non sono ancora ben comprese. I ricercatori hanno investigato numericamente le condizioni dell'origine e dell'evoluzione delle instabilità secondarie come una funzione dello spessore verticale del vortice bidimensionale, consentendo la determinazione dei confini di stabilità per i parametri studiati. Inoltre, per ottenere una visione più approfondita nell'instabilità gravitazionale in un vortice bidimensionale, gli scienziati hanno analizzato la stabilità di un fluido stratificato linearmente e instabilmente nella rotazione dei corpi solidi. I risultati sono stati generalizzati al fine di ottenere la distribuzione radiale della velocità che predice l'instabilità dominante. I risultati di 3DZZI hanno importanti implicazioni per un certo numero di flussi geofisici negli oceani e nell'atmosfera come il trasporto verticale di inquinanti sulle aree urbane.

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