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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3892| El decaimiento de flujos en rotación con fondo rugoso The decay of rotating fluids over a variable topography | |
| LUIS RAMON SIERO GONZALEZ | |
| Luis Zavala Sansón | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Vórtice, Capa límite, Capa de Ekman, Fondo rugoso, Número de Reynolds. Vórtices, Ekman layer, spin-up, Variabel topography, Reynolds number. | |
| En este trabajo se analiza el decaimiento de un fluido homogéneo en rotación con fondo rugoso por medio de experimentos de laboratorio y de simulaciones numéricas en dos dimensiones. Esencialmente, dicho decaimiento se debe a los efectos viscosos producidos por las condiciones de frontera en las paredes del tanque y en el fondo del mismo. De particular interés en este estudio son los efectos producidos por la capa límite (capa de Ekman) de un fondo rugoso, los cuales se analizaron mediante dos tipos de experimentos. En primer lugar, se estudió el movimiento de un fluido inicialmente en reposo, el cual se pone a girar con una rapidez predeterminada hasta alcanzar una rotación de cuerpo sólido (proceso de ajuste conocido como spin-up). En comparación con el caso de un fondo plano, se encontró que el tiempo de ajuste es reducido cuando el fondo es rugoso. Se propone que este mayor decaimiento se debe a que la capa de Ekman sobre el fondo rugoso es turbulenta durante la primera etapa del ajuste, en la que el número de Reynolds es grande [orden 0(105). Se realizaron simulaciones numéricas de casos similares utilizando números de Reynolds menores, las cuales mostraron que el campo de vorticidad en las etapas finales del ajuste se alinea con los contornos de la topografía. En segundo lugar, se realizaron experimentos y simulaciones del decaimiento de un remolino circular inestable, el cual se transforma en una estructura tripolar bien conocida en la literatura. Los resultados muestran que en este caso el fondo rugoso afecta sensiblemente su estructura al adquirir la forma de las variaciones topográficas conforme se disipa. Además, cuando la longitud de onda de las variaciones topográficas son comparables al diámetro del remolino inicial, éste se deforma y puede llegar a dividirse en dos partes. La evolución del tripolo es cualitativamente bien representada mediante simulaciones numéricas en dos dimensiones con topografía variable. Las simulaciones confirman que conforme el vórtice se disipa el flujo tiende a alinearse con los contornos topográficos, predominando las regiones con vorticidad ciclónica sobre los valles y anticiclónica sobre las crestas. The decay of rotating, homogeneous flows over variable wpography is analyzed by means of laboratory experiments and numerical simulations in t.wo dimensions. Essentially, the decay is due to viscous effects produced by the boundary conditions at the walls and at the solid bottom of the tank. In particular, the effects due to the Ekman layer associated with an irregular topography are analyzed by performing two different types of experiments. The first set of experiments examines the spin-up from rest of a fluid over a sine-shaped topography. In comparison with the flat bottom case, it is shown that the time to complete the spin-up process is shorter for the rough topography. It is proposed that the faster decay over the irregular bottom is due to the turbulent charaecter of the Ekman ]ayer during the early stages of the adjustment process, when the Reynolds number is large [order 0(105). Numerical simulations with lower Reynolds numbers show that the vorticity field alignes with topography contours at later stages. In the second set of experiments, the evolution and decay of an initially circular vortex transforming into a well-known tripolar structure is studied. The results show that the rough bottom clearly affects the structure of the vortex, wich acquires the shape of the topography as decaying. In addition, when the horizontal length scale of the bottom topography is comparable with the vortex diameter, the cyclonic core is strongly deformed and it might be cleaved in two parts. The evolution of the tripole is qualitatively well represented by numerical simulations in two dimensions with variable topography. The simulations confirm that as the vortex dissipates the flow is aligned with the topographic contours, being the cyclonic (anticyclonic) vorticity areas over deep ( shallow) regions of the topography. | |
| CICESE | |
| 2004 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Siero González, L.R. 2004. El decaimiento de flujos en rotación con fondo rugoso. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada Baja California. 49 pp. | |
| OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Oceanografía Física |
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