Mixing by coherent vortices in a two-layer stratified fluid

Estelle Guyez (1) , Jan-Bert Flór (1) , Emil J. Hopfinger (1)

1 LEGI - Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels [Grenoble]

Here we present results of experiments on mixing at a density interface conducted in a Taylor-Couette device at Reynolds numbers such that the Taylor vortices are laminar to chaotic. The Laser Induced Fluorescence (LIF) technique has been used to obtain quantitative measurements of the spatio-temporal evolution of the density. It is shown that the entrainment rate and mixing efficiency are an order of magnitude smaller than in the turbulent vortex regime and the established entrainment laws do not apply in this laminar-chaotic vortex regime. The vertical transport in the homogeneous layers is smaller than the interfacial flux and several density interfaces appear at different heights. The interactions between the interfaces control the subsequent density flux, and hence the mixing efficiency.

Nous présentons ici les résultats d'expériences concernant le mélange au niveau d'une interface de densité, expé-riences réalisées au sein d'un dispositif Taylor-Couette à des nombres de Reynolds tels que les vortex de Taylor sont laminaires à chaotic. La technique de fluorescence induite par laser (LIF) a été utilisée afin d'obtenir des mesures quantitatives de l'évolution spatio-temporelle de la densité. On montre que la vitesse d'entrainement et l'efficacité du mélange sont un ordre de grandeur plus petit qu'en régime turbulent et que les lois d'entrainement établis ne s'appliquent plus dans ces régimes de vortex laminaire-chaotic. Le transport vertical dans les couches homogènes est plus faible que le flux interfacial, d'où l'apparition de plusieurs interfaces de densité à différentes hauteurs. Leurs interactions mutuelles modifient l'intensité du flux de densité, et donc l'efficacité du mélange.

Mots clés: mixing; stratification; laminar-turbulent

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Estelle Guyez, Jan-Bert Flór, Emil J. Hopfinger. Mixing by coherent vortices in a two-layer stratified fluid. CFM2007, 2007, Grenoble, France. ⟨hal-00268287⟩