表面重力波中小颗粒的波浪平均运动：颗粒形状对定向、漂移和分散的影响
摘要：微塑料和浮游植物等颗粒在自然环境中悬浮在水柱中，通常受到表面重力波的影响。通过将这些各向异性颗粒建模为在波动环境中缓慢沉降（或上升）的小椭球体，我们探讨了颗粒形状和浮力如何与背景的波动流相互作用，从而影响颗粒的定向、漂移和扩散。多尺度展开策略可以将波动带来的振荡与波平均的颗粒运动分离。利用波平均的颗粒运动方程，我们证明了椭球形颗粒具有波动诱导的有优势定向，长形和扁形颗粒具有不同的稳定解。导致的优势定向使颗粒的最长轴指向波的传播方向，并且逆着重力向上。最长轴指向上方的角度是颗粒长径比的函数。在这种定向下，颗粒沿着波传播的方向漂移，使其斯托克斯漂移减弱甚至可能逆转。波动诱导的稳定定向还导致相对于随机（各向同性）定向的颗粒沉降速度降低。颗粒云的扩散受到定向分布的控制。对于一团与随机（各向同性）定向一起释放的颗粒云，初始云的增长速率在所有方向上都是弹道的。波动作用抑制了垂直扩散，但是当斯托克斯漂移切变作用于在垂直方向上已经扩展的颗粒云时，水平扩散被增强为超弹道状态。
作者：Nimish Pujara and Jean-Luc Thiffeault
论文ID：2304.01095
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-03