R. Enoki, T. Watanabe, K. Nagata 
Statistical properties of shear and non-shear velocity components in isotropic turbulence and turbulent jets
Physical Review Fluids, 8 104602 2023

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This article may be found at https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.8.104602.

Abstract

The triple decomposition of a velocity gradient tensor, which extracts local fluid motions of shear, rigid-body rotation, and irrotational strain, is extended to the decomposition of velocity vectors into shear and nonshear components. The present approach adapts the Biot-Savart law to reconstruct shear and nonshear velocities from the vorticity vectors of shear and rigid-body rotation, respectively. These velocities are related to the flows induced by small-scale shear layers or vortex tubes. The decomposed velocities are investigated with direct numerical simulations of isotropic turbulence and temporally evolving planar jets. The r.m.s. values of shear and nonshear velocities are about 70% and 30% of the r.m.s. value of total velocity fluctuations, and shear layers have a greater contribution to velocity fluctuations than vortex tubes. The shear and nonshear velocities are positively correlated at large scales, and the momentum transfer due to their interaction actively occurs at scales greater than 20 times the Kolmogorov scale. The contributions of shear and nonshear velocities to the Reynolds stress hardly depend on flows. The energy spectra of these velocities collapse well at small scales under Kolmogorov normalization. The present analysis of the turbulent jet confirms that shearing motion has dominant contributions to the production and diffusion of turbulent kinetic energy and the turbulent transport of a passive scalar. In addition, the energy transfer across scales is shown to be dominated by the large-scale velocity gradients arising from shearing motion and the small-scale stresses due to the shear velocity and its interaction with the nonshear component.

日本語訳 (DeepL翻訳)

日本語タイトル

せん断、剛体回転、回転ひずみの局所的な流体運動を抽出する速度勾配テンソルの三成分分解を、速度ベクトルをせん断成分と非せん断成分に分解することに拡張した。本アプローチでは、Biot-Savart則を適用し、せん断と剛体回転の渦度ベクトルから、それぞれせん断速度と非せん断速度を再構成する。これらの速度は、小規模なせん断層や渦管によって引き起こされる流れに関連している。分解された速度は，等方性乱流と時間発展する平面噴流の直接数値シミュレーションによって調べられた．せん断速度と非せん断速度のr.m.s.値は全速度変動のr.m.s.値の約70%と30%であり、せん断層は渦管よりも速度変動への寄与が大きい。せん断速度と非せん断速度は大きなスケールで正の相関があり、その相互作用による運動量移動はコルモゴロフスケールの20倍以上のスケールで活発に起こる。レイノルズ応力に対するせん断速度と非せん断速度の寄与は流れにほとんど依存しない。これらの速度のエネルギースペクトルは、コルモゴロフ正規化により小さなスケールでよく崩壊する。乱流ジェットの解析により、せん断運動が乱流運動エネルギーの生成と拡散、およびpassive scalarの乱流輸送に支配的に寄与していることが確認された。さらに、スケールを超えたエネルギー伝達は、せん断運動から生じる大規模な速度勾配と、せん断速度と非せん断成分との相互作用による小規模な応力によって支配されることが示された。

K. Inokuma,T. Watanabe, K. Nagata, Y. Sakai
Experimental study on shock wave modulation caused by velocity and temperature fluctuations in-cylinder wake
Physical Review Fluids, 6 063401 2021

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This article may be found at https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.063401.

Abstract

Experiments on a spherical shock wave propagating across an unheated- or a heated-cylinder wake are performed in a wind tunnel to investigate the effects of velocity and temperature fluctuations of turbulence on the shock wave. The temperature of the heated cylinder is low enough for the buoyancy effect to be negligible in the wake development, and comparisons between the heated- and unheated-cylinder experiments highlight the effects of temperature fluctuations on the shock wave. Peak overpressure of the spherical shock wave is measured on a wall after the shock wave has passed the wake. Along with the overpressure measurement, temperature and velocity are measured in the heated and unheated wakes, respectively. Larger peak-overpressure fluctuations are obtained when the shock wave interacts with the heated-cylinder wake than with the unheated-cylinder wake. Correlation coefficients are calculated between the velocity/temperature fluctuations of the unheated/heated-cylinder wakes and peak-overpressure fluctuations. The temperature fluctuations and overpressure fluctuations are found to be negatively correlated, which is explained by the shock deformation caused by speed-of-sound fluctuations in front of the shock wave. By comparing the correlation coefficients between velocity and overpressure fluctuations with those between temperature and overpressure fluctuations, it is also discovered that the temperature fluctuations of the heated-cylinder wake have a stronger correlation with the overpressure fluctuations than the velocity fluctuations of the unheated-cylinder wake.

日本語訳 (DeepL翻訳)

円柱後流の速度・温度変動による衝撃波変調の実験的研究

非加熱円柱または加熱円柱後流を伝播する球形衝撃波の風洞実験を行い、衝撃波に及ぼす乱流の速度変動と温度変動の影響を調べた。加熱円柱の温度は後流の発達において浮力効果が無視できるほど低く、加熱円柱と非加熱円柱の実験の比較により、衝撃波に対する温度変動の影響が浮き彫りになった。球形衝撃波のピーク圧力は、衝撃波が後流を通過した後、壁面で測定されます。圧力測定と同時に、加熱された後流と非加熱の後流の温度と速度もそれぞれ測定します。衝撃波が加熱された後流と相互作用した場合、加熱されていない後流と比較して、より大きなピーク圧力変動が得られます。非加熱/加熱円柱後流の速度/温度変動とピーク圧力変動との相関係数を計算したところ、温度変動とピーク圧力変動は、非加熱円柱後流の方が加熱円柱後流よりも大きいことがわかった。温度変動と過圧変動は負の相関があることがわかり、これは衝撃波の前の音速変動による衝撃変形によって説明される。また、速度変動と過圧変動の相関係数と温度変動と過圧変動の相関係数を比較した結果、加熱円柱後流の温度変動は非加熱円柱後流の速度変動よりも過圧変動に強い相関があることがわかった。

T. Watanabe, C. B, da Silva, K. Nagata
Scale-by-scale kinetic energy budget near the turbulent/non-turbulent interface
Physical Review Fluids, 5 124610 2020

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Abstract

A scale-by-scale kinetic energy budget is analyzed near the turbulent/nonturbulent interfacial (TNTI) layer with direct numerical simulations (DNSs) of a local turbulent front evolving without mean shear (shear-free turbulence). A local volume average is used to decompose the flow variables into their large-scale and small-scale components near the TNTI layer. The kinetic energy and interscale energy flux from large to small scales of motion are shown to be severely depleted for small scales within the viscous superlayer. The forward interscale energy transfer from large to small scales near the TNTI layer is mostly caused by the velocity gradient in the interface normal direction while the velocity gradient in the tangential direction transfers, on average, the energy from small to large scales. The velocity gradients that cause the forward energy transfer near the TNTI layer are associated with a compressive motion in the interface normal direction and a shearing motion due to the velocity in the tangential direction. The pressure diffusion increases the kinetic energy near the interface except at small scales within the TNTI layer. The averaged pressure diffusion term at the small scales within the TNTI layer has negative values, which are consistent with the presence of small-scale vortices within the TNTI layer. The transports by turbulent diffusion and interaction between large and small scales are negatively correlated even near the TNTI layer, and their effects are locally canceled by each other as also observed in other turbulent flows.

日本語訳 (DeepL翻訳)

乱流・非乱流界面におけるスケール毎の運動エネルギー収支

乱流・非乱流界面(TNTI)層近傍のスケール毎の運動エネルギー収支を、平均シアーを伴わない局所乱流前線（無せん断乱流）の直接数値シミュレーション（DNS）によって解析した。局所的な体積平均を用いることで、TNTI層近傍の流れ変数を大規模成分と小規模成分に分解した。運動の大スケールから小スケールへの運動エネルギーとスケール間エネルギーフラックスは、粘性超層内の小スケールでは著しく低下していることが示された。TNTI層近傍の大きなスケールから小さなスケールへの前方スケール間エネルギー移動は、接線方向の速度勾配が平均的に小さなスケールから大きなスケールへエネルギーを移動させるのに対し、界面法線方向の速度勾配がほとんどを引き起こしていることがわかる。TNTI層近傍で前方へのエネルギー移動を引き起こす速度勾配は、界面法線方向の圧縮運動と接線方向の速度によるせん断運動に関連するものである。圧力拡散は、TNTI層内の小さなスケールを除いて、界面近傍の運動エネルギーを増加させる。TNTI層内の小さなスケールで平均化された圧力拡散項は負の値を持ち、これはTNTI層内に小さなスケールの渦が存在することと矛盾しない。乱流拡散と大小スケールの相互作用による輸送は、TNTI層近傍でも負の相関を持ち、他の乱流でも見られるように、その効果は局所的に打ち消されることがわかった。

T. Watanabe, K. Tanaka, K. Nagata
Characteristics of shearing motions in incompressible isotropic turbulence
Physical Review Fluids, 5 072601(R) 2020

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Abstract

Regions with shearing motions are investigated in isotropic turbulence with the triple decomposition, by which a velocity gradient tensor is decomposed into three components representing an irrotational straining motion, a rotating motion, and a shearing motion. A mean flow around the shearing motions shows that a thin shear layer is sustained by a biaxial strain, which is consistent with Burgers’ vortex layer. The thickness of each shear layer is well predicted by Burgers’ vortex layer. A comparison between genuine turbulence and a random velocity field confirms that the biaxial strain acting on the shear is a dynamical consequence from the Navier-Stokes equations rather than from a kinematic relation. The interplay between the shear and biaxial strain causes enstrophy production and strain self-amplification. For a wide range of Reynolds number, the shear is strong enough for the instability to cause a roll-up of the shear layer, where the perturbation grows much faster than large-scale turbulent motions.

日本語訳 (DeepL翻訳)

非圧縮性等方性乱流におけるせん断運動の特性について

等方性乱流において、速度勾配テンソルを回転歪み運動、回転運動、剪断運動の3成分に分解する三成分分解により、剪断運動を持つ領域を調べた。剪断運動周辺の平均流は、薄い剪断層が二軸歪みによって維持されていることを示し、これはBurgersの渦層と一致する。それぞれの剪断層の厚さはBurgersの渦層によってよく予測される。本物の乱流とランダムな速度場の比較から、せん断に働く二軸性のひずみは運動論的関係からではなく、Navier-Stokes方程式からの力学的な帰結であることが確認された。せん断と二軸性ひずみの相互作用は、エンストロフィーの生成とひずみの自己増幅を引き起こす。広いレイノルズ数範囲において、せん断は不安定性がせん断層のロールアップを引き起こすのに十分強く、そこでは摂動は大規模乱流運動よりはるかに速く成長する。

Y. Zhou, K. Nagata, Y. Sakai, T. Watanabe
Dual-plane turbulent jets and their non-Gaussian velocity fluctuations
Physical Review Fluids 3(12) 124604 2018

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Abstract

Direct numerical simulations are performed to investigate the spatial evolution of dual-plane jet flows with different separation lengths between the two jets. Based on the scaling law and the probability density function of the turbulent/nonturbulent interface of a single plane jet, the jet-interaction length scale X∗ is introduced. It is shown that for different separation lengths, the streamwise evolutions of various statistics along the centerline all scale with X∗. This finding may explain the linear relationship between the location of the merge point and the separation length. Of particular interest is the evolution of the probability distributions and energy spectra of the streamwise velocity fluctuations in the developing region. Similar to the case of grid-generated turbulence, the probability distribution of the velocity fluctuations can also be non-Gaussian in a dual-plane jet flow. For all flow configurations considered, close to the inlet (e.g., X/X∗≃1.0) where the two jets have not yet joined together, the skewness of the streamwise velocity fluctuations is negative. In contrast, at a further downstream location (e.g., X/X∗≃2.0), where the turbulence intensity and mean pressure reach their maximum values, the skewness takes a positive value instead. Our study suggests that there are two different physical mechanisms responsible for the formation of the intense oscillations of the velocity fluctuations. The negative value of the skewness in the upstream region is caused by the large-scale movement of the contrarotary vortices, whereas the streamwise position of the positive skewness appears to be correlated to the location of peak intensity near (or after) the merging of the jets.

日本語訳 (DeepL翻訳)

二つの乱流平面噴流とその非ガウス的速度揺らぎ

直接数値シミュレーションを行い、2つの噴流の分離長が異なる2面ジェット流の空間発展を調べる。スケーリング則と単一平面ジェットの乱流・非乱流界面の確率密度関数に基づき、ジェット-相互作用長さスケールX∗を導入した。その結果、分離長が異なる場合、中心線に沿った様々な統計量の流線方向の変化は、すべてX∗でスケールすることが示された。この発見は、合流点の位置と分離長の間の線形関係を説明する可能性がある。特に興味深いのは, 発達領域における流速変動の確率分布とエネルギースペクトルの発達である. 格子乱流の場合と同様に、二重平面噴流でも速度揺らぎの確率分布は非ガウス的である可能性がある。考察したすべての流れの構成において、2つの噴流がまだ結合していない入口付近（例えば、X/X∗≃1.0）では、流線方向の速度変動の歪度は負になる。一方、さらに下流（X/X∗≃2.0）では、乱流強度と平均圧力が最大となり、歪度は正の値をとります。このことから、速度変動の激しい振動の形成には、2つの異なる物理的なメカニズムが存在することが示唆されます。上流域の歪度の負の値は、逆流渦の大規模な運動によるものであり、一方、流れ方向の正の歪度の位置は、噴流同士の合流付近（あるいは合流後）の強度ピークの位置と相関があるようです。

X. Zhang, T. Watanabe, K. Nagata
Turbulent/non-turbulent interfaces in high resolution direct numerical simulation of temporally-evolving compressible turbulent boundary layers
Physical Review Fluids 3(9) 094605 2018

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Abstract

Turbulent/nonturbulent interfaces (TNTIs) are studied in the direct numerical simulation of temporally evolving turbulent boundary layers at Mach numbers 0.8 and 1.6 with Reynolds number based on the momentum thickness of about 2200. The computational grid size determined based solely on the wall unit results in insufficient resolutions near the TNTI even though it yields the well-known profiles of global statistics such as mean velocity and rms velocity fluctuations. The insufficient resolution near the TNTI layer causes the spiky patterns of the enstrophy isosurface used for detecting the outer edge of the TNTI layer and the thicker TNTI layer thickness. With the higher-resolution direct numerical simulation, where the resolution is determined based on both the wall unit and the smallest length scale of turbulence underneath the TNTI layer, we investigate the structures of the TNTI layer and the entrainment process in the compressible turbulent boundary layers. The mean vorticity profile and enstrophy evolutions near the TNTI layer show that the structure of the TNTI layer is similar to incompressible free shear flows: The thickness of the layer is about 15 times the Kolmogorov scale ηI in turbulence near the TNTI layer; the turbulent sublayer (TSL) and viscous superlayer (VSL) are found based on the analysis of enstrophy transport equation, where the thicknesses of the TSL and VSL are 11ηI–12ηI and 4ηI, respectively. The entrainment process across the TNTI layer is also studied based on the propagation velocity of the enstrophy isosurface and the mass transport equation in the local coordinate moving with the TNTI. The entrainment mechanism across the TNTI layer in compressible turbulent boundary layers is very similar to incompressible free shear flows until Mach number 1.6, where the mass transport within the TNTI layer is well predicted by an entrainment model based on a single vortex originally developed for incompressible flows. Furthermore, the mass entrainment rate per unit horizontal area of the temporally evolving turbulent boundary layers is consistent with the theoretical prediction for spatially evolving compressible turbulent boundary layers for both Mach numbers.

日本語訳 (DeepL翻訳)

時間発展する圧縮性乱流境界層の高分解能直接数値シミュレーションにおける乱流・非乱流界面

マッハ数0.8と1.6の時間発展する乱流境界層の直接数値シミュレーションにおいて、運動量厚さ約2200のレイノルズ数で乱流/非乱流界面（TNTI）を研究する。壁面単位で計算格子サイズを決定した場合、平均速度や実効速度変動などの大域的な統計量のプロファイルは得られるものの、TNTI付近の解像度が不十分であることが判明した。TNTI層付近の解像度が不十分なため、TNTI層外縁の検出に用いるエンストロイー等値面のパターンがいびつになり、TNTI層厚が厚くなることがわかった。壁単位とTNTI層下の乱流の最小長さスケールの両方に基づいて解像度を決定する高解像度直接数値シミュレーションにより、TNTI層の構造と圧縮性乱流境界層におけるエントレインメントプロセスを調べた。TNTI層近傍の平均渦度分布とエンストロフィーの発展から、TNTI層の構造は非圧縮性自由せん断流と同様であることがわかった。TNTI層近傍の乱流では、層の厚さはKolmogorovスケールηIの約15倍である。エンストロフィー輸送方程式の解析から、乱流下層(TSL)と粘性上層(VSL)が求められ、TSLとVSLそれぞれの厚さは11ηI-12ηIと4ηIであることがわかった。また、エンストロフィー等値面の伝播速度とTNTIとともに移動する局所座標における物質輸送方程式に基づいて、TNTI層を横切るエントレインメント過程を研究した。圧縮性乱流境界層におけるTNTI層を横断するエントレインメントのメカニズムは、マッハ数1.6までの非圧縮性自由せん断流と非常によく似ており、TNTI層内の物質輸送は、もともと非圧縮性流れに対して開発した単一渦に基づくエントレインメントモデルによってよく予測された。さらに、時間発展する乱流境界層の単位水平面積あたりの物質巻き込み率は、いずれのマッハ数においても、空間発展する圧縮性乱流境界層の理論予測と一致する。

T. Watanabe, J. J. Riley, K. Nagata
Turbulent entrainment across turbulent/non-turbulent interfaces in stably stratified mixing layers
Physical Review Fluids 2(10) 104803 2017

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Abstract

The entrainment process in stably stratified mixing layers is studied in relation to the turbulent-nonturbulent interface (TNTI) using direct numerical simulations. The statistics are calculated with the interface coordinate in an Eulerian frame as well as with the Lagrangian fluid particles entrained from the nonturbulent to the turbulent regions. The characteristics of entrainment change as the buoyancy Reynolds number Reb decreases and the flow begins to layer. The baroclinic torque delays the enstrophy growth of the entrained fluids at small Reb, while this effect is less efficient for large Reb. The entrained particle movement within the TNTI layer is dominated by the small dissipative scales, and the rapid decay of the kinetic energy dissipation rate due to buoyancy causes the entrained particle movement relative to the interface location to become slower. Although the Eulerian statistics confirm that there exists turbulent fluid with strong vorticity or with large buoyancy frequency near the TNTI, the entrained fluid particles circumvent these regions by passing through the TNTI in strain-dominant regions or in regions with small buoyancy frequency. The multiparticle statistics show that once the nonturbulent fluid volumes are entrained, they are deformed into flattened shapes in the vertical direction and diffuse in the horizontal direction. When Reb is large enough for small-scale turbulence to exist, the entrained fluid is able to penetrate into the turbulent core region. Once the flow begins to layer with decreasing Reb, however, the entrained fluid volume remains near the outer edge of the turbulent region and forms a stably stratified layer without vertical overturning.

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安定密度成層下の混合層における乱流／非乱流界面を介した乱流エントレインメント

安定に成層した混合層におけるエントレインメント過程を乱流-非乱流界面(TNTI)との関係で直接数値シミュレーションにより研究した。統計量は、非乱流領域から乱流領域へ巻き込まれるラグランジュ流体粒子と同様に、オイラーフレームでの界面座標で計算される。浮力レイノルズ数Rebが減少し、流れが層状化し始めると、エントレインメントの特性は変化する。Rebが小さいうちはバロクリニックトルクが巻き込まれた流体のエンストロフィー増加を遅らせるが、Rebが大きくなるとこの効果は小さくなる。TNTI層内の巻き込まれ粒子の動きは小さな散逸スケールに支配され、浮力による運動エネルギー散逸率の急速な減衰により、界面位置に対する巻き込まれ粒子の動きは遅くなる。オイラー統計量では、TNTI近傍に渦度や浮力振動数の大きな乱流が存在することが確認されたが、巻き込まれた流体粒子は、歪み優勢領域や浮力振動数の小さな領域でTNTIを通過し、これらの領域を迂回することが確認された。多粒子統計によると、非乱流体体積が巻き込まれると、鉛直方向には扁平な形状に変形し、水平方向には拡散することがわかった。Rebが十分に大きく小規模な乱流が存在する場合、巻き込まれた流体は乱流コア領域まで侵入することが可能である。しかし，Reb が小さくなり層状化し始めると，巻き込まれた流体量は乱流領域の外縁付近に留まり，垂直方向には転覆せずに安定した成層を形成する．

T. Watanabe, R. Jaulino, R. R. Taveira, C. B. da Silva, K. Nagata, Y. Sakai
Role of an isolated eddy near the turbulent/non-turbulent interface
Physical Review Fluids 2(9) 094607 2017

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Abstract

A simple analytical description for the effects of a single vortex near a turbulent/non-turbulent interface (TNTI) layer, based on a Burgers vortex (BV) model, is compared with results from direct numerical simulation (DNS) of shear-free turbulence. The BV model parameters are derived from the DNS data, and the model separates the entrainment as a two-stage process: (i) the strain imposed on the vortex draws non-turbulent fluid toward the irrotational boundary that separates the irrotational from the turbulent region, and afterwards (ii) the velocity associated with the vorticity field moves the entrained fluid toward the turbulent core region. The resulting model is able to predict the enstrophy dynamics, flow streamlines, and flow topology—such as the formation of the teardrop map in the invariants of the velocity gradient tensor—as well as the entrainment velocity. The BV model provides an interesting framework to analyze the small-scale “nibbling” eddy motions near the TNTI and allows the inclusion of the large-scale flow-dependent effects imposed by the strain rate, while it also links the entrainment characteristics to the eddy structure of the flow near TNTIs.

日本語訳 (DeepL翻訳)

乱流・非乱流界面近傍の孤立渦の役割

乱流・非乱流界面(TNTI)層近傍の単一渦の効果について、Burgers渦(BV)モデルに基づく簡単な解析的記述を、無剪断乱流の直接数値計算(DNS)による結果と比較する。BVモデルのパラメータはDNSデータから導出され、このモデルはエントレインメントを2段階のプロセスとして分離する。(i)渦に与えられた歪みが非乱流体をirrotational boundaryに引き寄せ、(ii)渦度場に伴う速度が巻き込まれた流体を乱流コア領域へ移動させる。そのモデルは、巻き込み速度と同様に、エンストロイダイナミクス、流線、流れのトポロジー（速度勾配テンソルの不変量における涙滴マップの形成など）を予測することが可能である。BVモデルは、TNTI近傍の小規模な「nibbling」渦運動を解析するための興味深い枠組みを提供するとともに、歪速度によって課される大規模な流れ依存効果を含めることを可能にし、またエントレインメントの特性をTNTI近傍の流れの渦構造と結びつけて考えることができます。

T. Watanabe, J. J. Riley, K. Nagata
Effects of stable stratification on turbulent/non-turbulent interfaces in turbulent mixing layers
Physical Review Fluids 1(4) 044301 2016

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Abstract

Direct numerical simulations are used for investigating the effects of stable stratification on the turbulent/nonturbulent (T/NT) interface in stably stratified mixing layers whose buoyancy Reynolds number Reb on the centerline is large enough for small-scale three-dimensional turbulence to exist. The stratification changes the interface geometry, and a large part of the interface is oriented with normal in the vertical direction in the stratified flows. The structures of the T/NT interface layer are similar between the nonstratified and stratified flows, and the T/NT interface consists of the viscous superlayer and the turbulent sublayer. The stratification is locally strengthened near the T/NT interface as evidenced by the large vertical density gradient, resulting in the decrease in Reb in the T/NT interface layer. Thus, even the small-scale dissipation range is directly affected by the buoyancy near the T/NT interface, although the small scales are somewhat free from the direct effects of the buoyancy in the turbulent core region. The production rates of enstrophy and scalar dissipation, which arise from the strain/vorticity and strain/density-gradient interactions, are decreased near the T/NT interface because the stratification modifies the alignments among the vorticity, density gradient, and strain-rate eigenvectors near the T/NT interface. This influence on the small-scale turbulence dynamics is not observed in the turbulent core region because of the large Reb. A possible explanation is given for the influence of buoyancy on the alignment statistics based on the suppression of the vertical turbulent motions by buoyancy.

日本語訳 (DeepL翻訳)

乱流混合層における安定成層が乱流／非乱流界面に与える影響

中心線上の浮力レイノルズ数Rebが十分に大きく、小規模な3次元乱流が存在する安定成層混合層における乱流／非乱流（T/NT）界面への安定成層の効果を調べるために、直接数値シミュレーションを行った。成層により界面形状が変化し、成層流では界面の大部分が鉛直方向に法線方向を持つようになる。T/NT界面層の構造は非成層と成層で類似しており、T/NT界面は粘性超層と乱流下層から構成されている。大きな鉛直方向の密度勾配からわかるように、T/NT界面付近では成層が局所的に強化され、その結果、T/NT界面層ではRebが減少していることがわかる。このように、小さなスケールの散逸域も、乱流コア領域では浮力の直接的な影響からある程度免れているが、T/NT界面付近では浮力の影響を受けていることがわかる。T/NT界面付近では成層が渦度、密度勾配、ひずみ速度固有ベクトルの配置を変えるため、ひずみ/渦度、ひずみ/密度勾配相互作用から生じるエンストロスとスカラー散逸の生成率は減少する。このような小規模な乱流ダイナミクスへの影響は、Rebが大きいため、乱流コア領域では観測されない。整列統計に対する浮力の影響については、浮力による垂直方向の乱流運動の抑制に基づく説明が可能である。