Dynamics of pancake vortices in a stratified fluid : diffusion and wave-vortex interactions - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2004

Dynamics of pancake vortices in a stratified fluid : diffusion and wave-vortex interactions

Dynamique des tourbillons pancake en milieu stratifie : diffusion et interaction ondes-tourbillons

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Ramiro Godoy Diana

Abstract

Stably stratified fluids give rise to distinct internal wave modes and potential vorticity modes (PV). The timescales relevant to these two types of motion separate when the stratification is strong: Internal waves propagate on a fast timescale based on the buoyancy frequency (TN = N-1) while a slower timescale in terms of the horizontal advection --TA = Lh/U, where Lh and U are the horizontal length scale and mean velocity of the horizontal motions-- characterizes the evolution of vortices. An illustration of the difference between these two modes can be observed in turbulent regions decaying in presence of background stable stratification : As vertical motions are suppressed, energy is either radiated as internal waves, which propagate away from the initially turbulent region, or transferred to horizontal advective motions which are finally organized as patches of potential vorticity. This thesis presents a theoretical and experimental study of the interaction between pancake vortices (representing the PV mode) and internal gravity waves in a strongly stratified fluid, and of the diffusive mechanisms of pancake vortices.
Les fluides stratifiés présentent deux types principaux de mouvement : les ondes de gravité internes et des mouvements tourbillonnaires quasi-bidimensionnels (ou modes de vorticité potentielle). Les ondes évoluent sur une échelle de temps rapide T_N = 1 / N, où N est la fréquence de Brunt-Väisälä, une fréquence naturelle déterminée par la force de la stratification, tandis que les mouvements tourbillonnaires sont régis par une échelle lente T_A = L / U, où U et L sont des échelles horizontales de vitesse et longueur caractéristiques des structures tourbillonnaires. La différence entre ces deux modes peut être illustrée par la décroissance d'une zone turbulente en présence d'une stratification de fond stable : pendant l'effondrement de la turbulence initiale, l'énergie est soit rayonnée sous la forme d'ondes internes qui se propagent loin de la région turbulente initiale, soit transmise aux mouvements d'advection quasi-horizontaux qui s'organisent comme patches de vorticité potentielle. Cette thèse aborde d'un point de vue expérimental et théorique le problème de l'interaction des ondes de gravité internes et tourbillons pancake dans un fluide fortement stratifié ainsi que l'étude des mécanismes diffusifs des tourbillons pancake.
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Dates and versions

tel-00007046 , version 1 (07-10-2004)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00007046 , version 1

Cite

Ramiro Godoy Diana. Dynamique des tourbillons pancake en milieu stratifie : diffusion et interaction ondes-tourbillons. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Ecole Polytechnique X, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007046⟩
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