Análise do gradiente de velocidade de uma colisão frontal de anéis vórtices

Simulamos a colisão frontal entre anéis vórtices com números de Reynolds de circulação de 4000, utilizando um solucionador adaptativo de multirresolução baseado na função de Green de rede. A fidelidade da simulação é estabelecida com métricas integrais que representam simetrias e erros de discretização. Usando o tensor de gradiente de velocidade e características estruturais das linhas de corrente locais, caracterizamos a evolução do fluxo com um foco particular em sua transição e decaimento turbulento. A transição é excitada pelo desenvolvimento da instabilidade elíptica, que cresce durante a interação mútua dos anéis à medida que se expandem radialmente no plano de colisão. O desenvolvimento de filamentos vórtices secundários antiparalelos ao longo da circunferência media a proliferação de turbulência em pequena escala. Durante o decaimento turbulento, a partição dos gradientes de velocidade se aproxima de um equilíbrio dominado por cisalhamento e concorda bem com resultados anteriores para turbulência isotrópica forçada. Também introduzimos novos espaços de fase para os gradientes de velocidade que refletem a interação entre cisalhamento e rotação rígida e destacam características geométricas das linhas de corrente locais. Em conjunto com nossas outras análises, esses espaços de fase sugerem que, enquanto a instabilidade elíptica é o mecanismo predominante que impulsiona a transição inicial, sua interação com outros mecanismos, como a instabilidade de Crow, torna-se mais importante durante o decaimento turbulento. Nossa análise também sugere que o espaço de fase baseado em geometria pode ser promissor para identificar os efeitos da instabilidade elíptica e outros mecanismos usando a estrutura das linhas de corrente locais. Avançando, caracterizar a organização desses mecanismos dentro dos vórtices e características universais dos gradientes de velocidade pode ajudar na modelagem de fluxos turbulentos.