【工科系戴璽恆教授】異重流前端葉型和裂口結構合併與分裂之過程研究榮登Journal of Fluid Mechanics期刊封面

　　異重流在固定底床上的運動過程中，在異重流前端會形成一系列的葉型和裂口結構。過去的研究指出，葉型中具有類似齒狀的渦旋結構，葉型和葉型中間存在一道裂口。然而兩道裂口的合併以及新裂口的產生是世紀以來科學家未能完整解釋的謎題。戴璽恆教授帶領研究團隊透過直接數值模擬分析異重流流場，成功發現前端渦旋結構合併與分裂機制，並解釋實驗中所觀察到的葉型與裂口現象。此項突破性研究成果受到科學家的肯定並獲選為流體力學雜誌期刊封面。

　　異重流又稱密度流，是因為流體間的密度差異所產生的流動現象，造成密度差異的主要原因有溫度、溶解物及懸浮物等因素，在海洋、大氣環境中相當常見。異重流夾帶著懸浮泥沙，對地表造成掏刷與堆積，並牽動著地形地貌的變化。而異重流前端渦旋結構是影響底床掏刷和堆積的關鍵，因此解開異重流前端的渦旋變化物理機制是本研究之亮點。

　　本研究指出，兩道裂口的合併，是由三組齒狀結構和合併成兩組齒狀結構。合併過程中，兩道裂口會逐漸靠近，中間的齒狀結構會逐漸縮小，最後斷裂並與左右兩鄰近齒狀結構重新連接。

　　葉型分裂的過程中，一個齒狀渦旋結構會分裂成兩個齒狀渦旋結構。兩個新齒狀渦旋結構中間會形成一道新裂口。一個齒狀渦旋結構是由左右兩個反向的渦旋連接組成。一道新裂口的產生，是由原本的左渦旋或右渦旋所啟動。啟動的母渦旋生成一個新的子渦旋，此新生成的子渦旋須與原本的母渦旋方向相反。隨著新生成的子漩渦增強，會產生另一個與子渦旋反向的新生渦旋。這兩個新生渦旋會與原本的齒狀漩渦結構連接產生兩個齒狀渦旋結構而形成一道新裂口。

 

本研究感謝科技部與國立臺灣大學經費支持。
戴璽恆教授  臺灣大學工程科學及海洋工程學系
hdai@ntu.edu.tw