Título
Evolución de flujos turbulentos y estructuras dipolares en un sistema en rotación con topografía variable
Evolution of turbulent flows and dipolar structures on a rotating system with bottom topography
Autor
Miguel José Costa de Almeida Tenreiro
Colaborador
Luis Zavala Sansón (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
La transferencia de energía de escalas pequeñas haciaescalas grandes de movimiento en flujos turbulentos bidimensionales (conocidacomo cascada inversa de energía) ha sido estudiada de manera teórica, numéricay, recientemente, experimental. En este trabajo se investiga la evolución de unflujo turbulento en rotación y con topografía variable, ambos efectos pocoanalizados en estudios previos. Dada la complejidad de la turbulencia, seadoptaron dos formas diferentes de abordar el problema. Por un lado serealizaron experimentos y simulaciones del comportamiento de una estructuradipolar en presencia de una topografía con forma de escalón a mitad deldominio, de manera que una parte es somera y la otra profunda. En este caso,tanto el flujo como la topografía son relativamente simples, de manera que el entendimientode los procesos físicos involucrados se facilita. Se consideraron dos alturaspara el escalón y se obtuvieron dos comportamientos completamente distintos:cuando el escalón es relativamente bajo, el dipolo cruza la topografía y sutrayectoria es desviada, cuando es relativamente alto, no cruza y una de lasestructuras que lo componen es reflejada. Ambos comportamientos son debidos ala compresión y estiramiento de las columnas de fluido, asociados con la (casi)conservación de vorticidad potencial. Además, la interacción del dipolo con latopografía da origen a un flujo a lo largo del escalón manteniendo siempre laparte somera a su derecha. Adicionalmente se realizaron simulaciones numéricascon condiciones iniciales de mayor complejidad sobre el mismo tipo de fondo. Seobserva que la evolución del flujo da origen siempre a un estado de equilibriocaracterizado por cuatro estructuras, dos ciclones y dos anticiclones,dispuestos de manera alternada. El flujo que se establece a lo largo del escalóncon agua somera a la derecha es responsable de la distribución de lasestructuras en el resultado final. La dinámica de la interacción de un dipolocon la batimetría permite explicar la evolución del flujo hacia este estado.
The energy transfer from small to larger scales of motion in two-dimensional turbulentflows (known as inverse energy cascade) has been studied theoretical, numerical and, recently,experimentally. In this thesis, a turbulent flow on a rotating system with variable bottomtopography is investigated, both conditions little studied in past works.Because of the turbulence complexity, the problem is analyzed in two different ways.First, experiments and simulations on the interaction of dipolar structures with a step-liketopography were performed, in which one of the sides of the domain is shallow and the otherone is deep. In this case, the flow and the bathymetry are set as simple as possible in order tofacilitate the understanding of the physical processes involved. Considering two step heights,two very different results are obtained: when the step is relatively small, the dipole crosses thestep and its trajectory is deflected, when the step is relatively high, the dipole does not crossit and one of its structures is reflected. These behaviours are due to stretching and squeezingeffects associated with the (quasi) material conservation of potencial vorticity. In both cases,the interaction of the dipolar vortex with the topography originates a flow along the step thatmaintains always shallow water on its right.Additionally, numerical simulations with more complex initial conditions over the samebottom topography were performed. It was observed that the flow evolution gives rise to anequilibrium state characterized by four structures, two cyclones and two anticyclones, alternatelydisposed. The flow along the step with shallow water on its right is responsible for thevortex distribution in the final state. It is proposed that the dynamics involved in the interactionof a dipole with the step-like topography helps to explain the final state of the turbulentflow.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2005
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Costa de Almeida Tenreiro, M. J.2005.Evolución de flujos turbulentos y estructuras dipolares en un sistema en rotación con topografía variable. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 80 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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