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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. American Institute of Physics (AIP). 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.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/75125/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Vortex bursting and tracer transport of a counter-rotating vortex pair
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Misaka, TakashiDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Holzäpfel, FrankDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hennemann, IngoDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerz, ThomasDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manhart, MichaelTU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwertfirm, FlorianKreuzinger+Manhart Turbulenz GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Februar 2012
Erschienen in:Physics of Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:24
DOI:10.1063/1.3684990
Seitenbereich:Seiten 1-21
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aircraft, collision processes, flow simulation, stratified flow, turbulence, vortices
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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 Nov 2023 15:16

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