Численное исследование возникновения циклонов в кубической замкнутой ячейке

Проведено численное исследование возникновения вихревого течения в несжимаемой жидкости внутри кубической ячейки при постоянном воздействии внешней силы(Колмогорова) и силы вращения(силы Кориолиса) [1]. В результате численного эксперимента в объеме жидкости возникали когерентные столбовые вихри, расположенные вдоль оси вращения. Время существования вихрей значительно превышало время вязкого затухания за счет трения о верхнюю и нижнюю грани куба. Установлено существование нескольких типов квази-двумерных течений, вид которых зависит от амплитуды внешней силы и частоты вращения куба. Данные типы течений так же были обнаружены в работе [2]. В течении выделены хаотический режим, режим нескольких вихрей-циклонов небольшого размера, режим одного крупного вихря-циклона и режим крупного вихря-циклона, внутри которого присутствует интенсивный вихрь-антициклон. Исследованы радиальные профили средней по времени азимутальной скорости в когерентных вихрях для указанных типов течений. Показано, что они отличаются числом и размерами вихрей и имеют различное распределение завихренности по радиусу вихря, аналогично экспериментальным данным [3].

[1] H.P. Greenspan, The theory of rotating fluids, At the University Press, Cambridge (1968)
[2] A. Alexakis and L. Biferale, Phys. Rep. 767, 1 (2018)
[3] D. Tumachev, S. Filatov, S. Vergeles, and A. Levchenko, Two dynamical regimes of coherent columnar vortices in rotating fluid, JETP Letters 118, 426–432 (2023)