波浪破碎过程中泡沫液滴的生成与输运的数值研究

摘要

海洋飞沫(sprays)是大气海洋边界层系统的重要组成.大量的实验研究表明,海洋飞沫是大气—海洋直接进行动量,热量,水汽交换的重要媒介物质.高风速下的强剪切作用使得波浪破碎并产生大量的泡沫液滴.我们通过耦合Level-Set和VoF界面捕捉方法,直接数值模拟波浪破碎的过程以及海面上风场的运动,同时利用拉格朗日颗粒追踪方法模拟不同粒径的泡沫液滴在不同波龄(wave age),不同陡度(wave steepness)波浪情况下的运动.研究表明,在小波龄情况下,波浪破碎产生的空气分离,将泡沫液滴带离波面更高的高度,并在空气中形成带状分布;随着波龄的增加,破碎过程中空气分离消失,泡沫液滴带状结构随之消失,且同时产生于波峰的迎风面和背风面.此外,在波陡小时,泡沫液滴的产生数目相对较少;反之,随着波陡的增大,更多的泡沫液滴在波峰处产生.