MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a551.46
■1001  ▼aHass,  Ryan.
■24510▼aTurbulent  Entrainment  and  Mixing  in  the  Presence  of  a  Stable  Density  Interface
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a277  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Lele,  Sanjiva.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2025.
■520    ▼aEarly  attempts  to  parameterize  turbulent  mixing  in  a  stably  stratified  fluid,  a  prerequisite  for  accurate  global-scale  numerical  simulations  of  atmosphere-ocean  dynamics,  were  met  with  optimism  due  to  the  organizing  influence  of  the  restoring  buoyancy  force  on  turbulent  motions.  It  has  long  since  been  recognized  that  rather  than  clarifying  the  complicated  picture  presented  by  turbulent  flows,  stable  stratification  adds  new  complexities,  which  in  part,  is  manifested  by  the  increased  number  of  nondimensional  parameters  governing  the  physics.  Further  complicating  the  picture  is  the  realization  that  these  "independent"  parameters  are  in  fact  often  correlated  and  possibly  dependent  on  each  other.  The  present  dissertation  seeks  to  contribute  to  the  broader  understanding  of  stratified  turbulence  by  probing  high  fidelity  numerical  simulations  of  idealized  problems,  isolating  specific  processes  present  in  geophysical  systems.We  first  investigate  the  problem  of  shear-free  turbulent  entrainment  and  mixing  at  a  stable  density  interface.  While  ubiquitous  in  geophysical  systems,  background  shear  introduces  an  additional  parameter,  and  so  it  is  natural  to  begin  with  the  "simpler"  shear-free  problem.  The  simulations  are  reminiscent  of  oscillating  grid  turbulence  (OGT)  experiments  popular  in  the  latter  half  of  the  twentieth  century.  The  hallmark  feature  of  (statistically  stationary)  OGT  is  self-similarity  of  the  turbulence  velocity  and  length  scale.  Intuitively,  the  presence  of  a  stable  density  interface  disrupts  the  self-similarity,  but  we  find  that  a  simple  re-scaling  based  on  a  local  coordinate  defined  in  terms  of  a  turbulent  Froude  number  locally  collapses  the  data,  defining  a  new  (local)  self-similar  region.The  presence  of  internal  gravity  waves  trapped  at  the  density  interface  makes  a  detailed  analysis  of  turbulence  dynamics  near  the  interface  challenging.  We  introduce  length  and  velocity  scale  definitions  based  on  a  cutoff  Froude  number  of  order  unity  with  which  the  turbulence  can  be  characterized  throughout  the  simulation  domain  (even  in  regions  of  significant  wave  motion).  We  discover  that  as  the  density  interface  is  approached  the  buoyancy  Reynolds  number  scales  with  the  turbulent  Froude  number  to  the  ten-thirds  power  suggesting  the  formal  limit  required  by  the  strongly-stratified  turbulence  theory  (small  Froude  number  and  large  buoyancy  Reynolds  number)  is  inaccessible  to  such  systems.  It  is  an  open  question  whether  such  a  regime  is  accessible  in  other  systems,  but  apparently  (and  perhaps  intuitively),  externally  forced  turbulent  diffusion  is  fundamentally  ill-suited  to  access  such  regimes.To  analyze  interfacial  turbulence  dynamics,  beyond  a  gross  velocity  and  length  scale  characterization,  a  detailed  accounting  of  wave-motions  and  turbulent  fluctuations  must  be  obtained.  We  propose  a  wave-turbulence  decomposition  based  on  the  linearized  equations  which  allows  us  to  cleanly  separate  interfacial  sloshing  motions  and  turbulence.  The  linear  equations  yield  two  sets  of  inter-dependent  orthogonal  functions  and  we  find  that  both  are  required  to  define  a  physically  and  mathematically  consistent  projection  procedure.  Once  defined,  we  evaluate  the  procedure  based  on  its  correspondence  to  the  underlying  assumptions  of  scale-separation  and  linearity.  A  detailed  accounting  of  the  wave  and  turbulence  energetics  is  conducted  followed  by  analysis  of  the  turbulence  variance  budgets.Finally,  in  an  attempt  to  draw  more  obvious  connections  to  the  real  world,  we  systematically  introduce  background  shear  to  our  forced  simulations  bringing  together  the  concepts  of  "external"  and  "internal"  sources  of  turbulent  mixing  introduced  by  Turner.  We  systematically  move  from  the  shear-free  limit  to  shear-dominated.  The  shear-dominated  regime  shares  many  similarities  to  canonical  stratified  shear  layers,  whereas  the  intermediate  regime  has  not  been  explored  previously.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aOcean  circulation
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■650  4▼aReynolds  number
■650  4▼aChristianity
■650  4▼aFluid  mechanics
■650  4▼aPhysical  oceanography
■650  4▼aReligion
■690    ▼a0791
■690    ▼a0204
■690    ▼a0415
■690    ▼a0318
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05A.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360708▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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