Internal wave radiation by a horizontally oscillating sphere in a uniformly stratified fluid

Émission d'ondes internes par une sphère oscillant horizontalement en fluide uniformément stratifié

Evgeny V. Ermanyuk (1) , Jan-Bert Flór (2) , Bruno Voisin (2)

1 LIH - Lavrentyev Institute of Hydrodynamics
2 LEGI - Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels [Grenoble]

We present a new experimental method and theory for the internal wave field emitted by a horizontally oscillating sphere in a linearly stratified fluid. The linear theory is for small-amplitude three-dimensional perturbations and incorporates viscous effects, transient effects, added-mass effects and near-field effects. For the measurements of the wave amplitude and structure, we employ a dye visualization technique in a single vertical plane. This technique allows simultaneously for appealing flow visualizations and accurate wave measurements, and in contrast to other methods allows for the measurement across a single vertical section. The near-field approximation of the theory is found to be in excellent agreement with the experimental results, in contrast to former experimental results in which wave reflection and transient effects obscured the comparison. Increasing the oscillation amplitude shows that linear theory is accurate up to 5% when the non-dimensional oscillation amplitude is A/D < 0.1 where D is the sphere diameter.

On présente une méthode expérimentale et une théorie inédites pour l'émission des ondes internes de gravité par une sphère oscillant horizontalement dans un fluide linéairement stratifié. La théorie, linéaire, considère des petites perturbations tridimensionnelles et incorpore les effets visqueux et transitoires ainsi que les effets de masse ajoutée et de champ proche. La méthode expérimentale mesure l'amplitude et la structure des ondes par visualisation d'encre fluorescente dans un plan vertical. Elle permet à la fois des visualisations attrayantes et des mesures précises, et contrairement aux méthodes existantes elle donne accès à chaque section verticale du champ d'onde. La théorie champ proche est en excellent accord avec les résultats expérimentaux, les résultats expérimentaux antérieurs s'étant avérés brouillés par les réflexions d'ondes et les régimes transitoires. Un accroissement de l'amplitude d'oscillation montre que la théorie demeure précise à plus de 5 % tant que l'amplitude relative d'oscillation vérifie A/D < 0.1 avec D le diamètre de la sphère.

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

Evgeny V. Ermanyuk, Jan-Bert Flór, Bruno Voisin. Internal wave radiation by a horizontally oscillating sphere in a uniformly stratified fluid. 19ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2009, Marseille, France. pp.1216. ⟨hal-00583099⟩