气流分离对风-波动量通量的影响

在这项实验室研究中，我们对一系列风和波动条件进行了采样，以可视化气流并量化动量向波动表面转移的机制。实验在迈阿密大学的SUrge STructural AIr-sea INteraction设施中进行。我们对三种不同的背景波浪条件施加了7和14 m/s的风强度U 10，以研究波幅、频率以及风强度对气流状态和动量转移的影响。我们报告，在较温和的风强度（U 10 = 7 m/s）和最不陡峭的波浪下，没有观察到遮蔽的迹象。气流流线跟随表面波的形状，导致波峰上方出现一个低于平均压力的广阔区域。在这种状态下，90%以上的海气动量转移来自于由于平滑气流紧贴平滑波动表面而产生的粘性阻力。与此同时，波浪上方的这种压力分布主要是由于波形引起的贝尔努利效应，波峰上几乎对称的低压和波谷上较高的压力。然而，仅仅增加波频，同时保持波幅和风强度，就足以因波峰变陡而在波的下风侧引起气流遮蔽。此外，在同一陡峭波峰上增加风强度并未改变气流状态或气流压力分布的模式，但动量转移的幅度却翻倍。这里，遮蔽气流状态在波的下风侧观察到增强的湍流动能进一步得到证明。在这些条件下，粘性阻力减弱，形状阻力上升，成为海气动量通量的主导机制，占总应力的50%以上。在这种状态下，压力分布是气动遮蔽的结果，迎风侧的压力高，下风侧的压力低。这项工作的结果将作为更大努力的第一步，以发展新的波模型风输入函数公式，该公式将考虑气流分离物理。