Chiapponi Luca

Longo Sandro

Petrolo Diana

Italian

Archivio istituzionale della Ricerca -  Università degli Studi di Parma

Buoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeLuca ChiapponiDiana PetroloSandro LongoAIOM 2021 Naples 17-18/12/2021OBIETTIVIBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeIntroduzione Methods             Results part I                              Results part II                       ConclusionGli scambi lungo la colonna liquida dei corpi idrici, hanno un ruoloprimario nei processi di diffusione e di dispersione, e sono uncatalizzatore per molte reazioni chimico‐fisiche fondamentali neibilanci a scala globale e nell’evoluzione climatica.Gli oceani sono i corpi idrici di maggiore consistenza, e sonointensivamente studiati; tuttavia, la surf‐zone, comprensiva anchedelle marshes, si estende per decine di migliaia di chilometri edunque merita un’attenzione particolare, anche perché buonaparte delle acque interne confluiscono a mare nella surf‐zone.Lo scopo dell’analisi teorico‐sperimentale proposta, èl’individuazione e la quantificazione dei processi fisici che controllano ilvertical mixing nella surf‐zone, considerando dominante la forzanteperiodica delle onde generate dal vento.OBIETTIVIBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeIntroduzione Methods             Results part I                              Results part II                       ConclusionPer inquadrare i fenomeni oggetto di indagine, riferiremo(i) delle analisi già eseguite sul vertical mixing controllato dallaturbolenza;(ii) dei primi risultati qualitativi sul vertical mixing controllato da ondeperiodiche regolari.References• Petrolo, D. & Woods, A.W. Measurements of buoyancy flux in a stratified turbulentflow, Journal of Fluid Mechanics Rapids, 2019• Petrolo, D. & Longo, S. Buoyancy transfer in a two‐layer system in steady state.Experiments in a Taylor‐Couette cell. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 896, 2020INTRODUZIONE: scopo dello studioBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeIntroduzione Methods             Results part I                              Results part II                       ConclusionIl turbulent mixing di una stratificazione di densità stabile gioca un ruolo chiave in moltiprocessi ambientali e geofisici, compresa la circolazione degli oceani.In un fluido stabilmente stratificato, il turbulent mixing esegue un lavoro contro la forzadi gravità: una stratificazione stabile può ridurre il rimescolamento verticale del fluidosopprimendo le fluttuazioni turbolente in direzione verticale.INTRODUZIONE: La stratificazione dell’oceanoSalinità Temperatura PotenzialeLatitude LatitudeDepth (km)0480° S 80° N 80° S 80° NDensità neutraLatitudeLa densità dell’acqua nell’oceano dipende da salinità, temperatura epressione:La maggior parte delle masse oceaniche sono stabilmente stratificate, con la densità che aumenta monotonicamentecon la profondità e con superfici isopicnali quasi orizzontali.𝜌 𝜌 1 𝛽𝑆 𝛼𝑇Depth (km)0480° S 80° NMixing processes and buoyancy transport in stratified turbulent flows Diana PetroloIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer i  a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeINTRODUZIONE: I drivers della circolazione oceanicaFlusso termico netto medio(W∙m‐2) Flusso di acqua dolce (mm∙d‐1)Wind stress (dyn∙cm‐2)Il calore, il flusso di acqua dolce e il wind stress sono le principali forzanti della circolazione nell’oceano, e si manifestano tutte in prossimità della superficie.All’interno delle masse d’acqua oceaniche, la densità si modifica grazie al rimescolamento turbolento. Introduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeINTRODUZIONE: I drivers della circolazione oceanica(ref Talley, 2013)(ref Marshall and Speer, 2012)Cella inferiore e superiore dell’Oceano Atlantico 3D schematics of the global Meridional OverturningCirculationWindSolar heatingShoalingand slopedissipationWave‐waveinteractionInternal tide generation & lee wavesLocal dissipationEddiesTopographicscattering HydraulicflowsShear flowsIl mescolamento nell'interno dell'oceano può essere causato dal frangimento di onde interne, da vortici e correnti alla mesoscala, dalla dissipazione di energia lungo le scarpate e dalla macroscabrezza del fondale...Introduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeMETODI: Il dispositivo sperimentale• Sources/sinks di salinità• Conductivity probe• Ultrasonic Velocity ProfilersLa cella di Taylor‐Couette genera un mixing turbolento NON invasivo. Modificando i rapporti tra i flussi, si simula sia la sola diffusione, sia la diffusione + convezione verticale.Introduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeRISULTATI parte I: il flusso verticale di salinitàesperimenti in assenza di convezione verticaleModificando la velocità di rotazione, risulta che il flusso verticale di salinità Fm = gu*AS cresce linearmente conla concentrazione di sale della sorgente, fino a raggiungere un massimo Fm,max. Definiamo questo massimo comela condizione di flusso saturo, nella quale il trasporto verticale è limitato dalla turbolenza (cioè, dalla velocità dirotazione angolare della cella). Un ulteriore incremento del flusso di salinità in ingresso alla base, Fs, non provocaun incremento del flusso turbolento verticale oltre Fm,max.Il flusso massimo in condizioni di saturazione scala con 3.Al contrario, bassi flussi in ingresso alla base (Fs)limitano il flusso verticale turbolento (Fm). Tale regimeviene definito di flusso insaturo.W10 = Woods et al. (2010)Introduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeRISULTATI parte I : StratificazioneIl flusso verticale, adimensionalizzato con il suomassimo, cresce linearmente con N/ per 0.02 <N/ < 0.16, e raggiunge un plateau per valori piùelevati di N/ N=[(g/0) d/dz]0.5 è la frequenzadi Brunt–Väisälä.A B C DPer valori piccoli del flusso di salinità in ingresso, ilflusso verticale è approssimativamente uguale al flussoin uscita alla base, con una ripartizione al 50%.Incrementando il flusso in ingresso, oppure riducendola velocità di rotazione (il livello di turbolenza), il flussoverticale si riduce progressivamente e il sistema sistratifica.Il processo dimescolamento avvienecon una serie di stratiche si formano alla baseo nella parte superiore esi propagano verso ildominio opposto.ABC DIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeRISULTATI parte II : Wake‐like perturbation all’interfacciaIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        Conclusion𝜌 𝑤 𝑡 D 𝑡  𝜌 𝜌𝛿 𝑡Se esprimiamo la diffusività D 𝑡 𝑘 𝛿 𝑡 𝑐, allora 𝑘 𝛼 è costante con diffusivitytop layer bottom layerthickness of the mixing regionRISULTATI parte II : Wake‐like perturbation all’interfacciaBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeSet‐up sperimentale per il canale ondosoIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase inizialeIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase inizialeIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase intermediaIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase intermediaIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase finaleIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumeTecnica Speckle imaging – fase finaleIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flumePROSPETTIVE• Test in presenza di sola diffusione• Test con convezione sia verticale, sia orizzontale• Esecuzione di misure integrali e all’interfaccia del trasporto verticale• Stima degli effetti del periodo dell’onda• Stima degli effetti della riflessione parziale delle ondeIntroduction                          Methods             Results part I                              Results part II        ConclusionBuoyancy transfer in a two‐layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flume

Buoyancy transfer in a two-layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flume

https://air.unipr.it/bitstream/11381/2906338/1/AIOM_2021_Naples.pdf

Buoyancy transfer in a two-layer system in transient and steady state. Experiments in a wave flume

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