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Vortex bursting and tracer transport of a counter-rotating vortex pair

Misaka, Takashi und Holzäpfel, Frank und Hennemann, Ingo und Gerz, Thomas und Manhart, Michael und Schwertfirm, Florian (2012) Vortex bursting and tracer transport of a counter-rotating vortex pair. Physics of Fluids, 24 (025104), Seiten 1-21. DOI: 10.1063/1.3684990

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Offizielle URL: http://link.aip.org/link/?PHF/24/025104

Kurzfassung

Large-eddy simulations of a coherent counter-rotating vortex pair in different environments are performed. The environmental background is characterized by varying turbulence intensities and stable temperature stratifications. Turbulent exchange processes between the vortices, the vortex oval, and the environment, as well as the material redistribution processes along the vortex tubes are investigated employing passive tracers that are superimposed to the initial vortex flow field. It is revealed that the vortex bursting phenomenon, known from photos of aircraft contrails or smoke visualization, is caused by collisions of secondary vortical structures traveling along the vortex tube which expel material from the vortex but do not result in a sudden decay of circulation or an abrupt change of vortex core structure. In neutrally stratified and weakly turbulent conditions, vortex reconnection triggers traveling helical vorticity structures which is followed by their collision. A long-lived vortex ring links once again establishing stable double rings. Key phenomena observed in the simulations are supported by photographs of contrails. The vertical and lateral extents of the detrained passive tracer strongly depend on environmental conditions where the sensitivity of detrainment rates on initial tracer distributions appears to be low.

Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Vortex bursting and tracer transport of a counter-rotating vortex pair
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID
Misaka, TakashiDLRNICHT SPEZIFIZIERT
Holzäpfel, FrankDLRNICHT SPEZIFIZIERT
Hennemann, IngoDLRNICHT SPEZIFIZIERT
Gerz, ThomasDLRNICHT SPEZIFIZIERT
Manhart, MichaelTU MünchenNICHT SPEZIFIZIERT
Schwertfirm, FlorianKreuzinger+Manhart Turbulenz GmbHNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Februar 2012
Erschienen in:Physics of Fluids
Referierte Publikation:Ja
In Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:24
DOI :10.1063/1.3684990
Seitenbereich:Seiten 1-21
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aircraft, collision processes, flow simulation, stratified flow, turbulence, vortices
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:ATM und Flugbetrieb (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AO - Luftverkehrsmanagement und Flugbetrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Klima, Wetter und Umwelt (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik und Verkehrsmeteorologie
Hinterlegt von: Misaka, Takashi
Hinterlegt am:06 Mär 2012 10:27
Letzte Änderung:07 Feb 2013 20:39

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