A numerical model using the Lagrangian approach developed to simulate the fate of liquid/gas blowouts in deepwater is presented, and three entrainment formulations are tested: HOULT, JETLAG, and CORJET parameterizations, given by Hoult et al. (1969), Lee and Cheung (1990), and Jirka (2004), respectively. The results are discussed and compared with field and laboratory observations. These formulations differ both in shear and forced contributions to the entrainment. As expected, the qualitative analysis of the dynamics of a liquid plume shows that the entrainment of ambient water decreases the acceleration due to buoyancy, and the plume and ambient momentums become increasingly similar over time. However, simulations of field and laboratory cases, where different plumes (gas, liquid, and gas/liquid) were discharged into environments with different ambient stratifications and crossflows, show that the JETLAG parameterization provides the best results, while HOULT (CORJET) overestimates (underestimates) the entrainment. Additional numerical experiments applying only the JETLAG formulation are performed, considering different plume composition, ambient condition, nozzle diameter, and initial discharge. For all the studied cases, the simulated results are in good agreement with the observations. Especially noteworthy were field experiments with gas released at depth of 50–60 m. The vertical plume velocity decreased during the ascending motion, but after a certain level, the velocity increased. This feature was simulated by the JETLAG parameterization, and a closer analysis reveals the increase of buoyancy due to gas expansion exceeding the decrease caused by the entrainment. These results encourage the use of this model in realistic and complex situations.
Resumo. Trocas de massa e momentum entre o oceano e a atmosfera são significativamente influenciadas pela presença da agitação marítima. Experimentos em laboratório, assim com observações em alto mar, mostram que o crescimento da turbulência está associado ao aumento da agitação do mar eà quebra de ondas. Neste artigo, as formulações para a turbulência induzida pelas ondas foram aplicadas em um modelo unidimensional de camada limite com os fluxos parametrizados com a teoria de similaridade. Os resultados mostram que as ondas têm uma contribuição significativa na distribuição de momentum. Quando o efeito das ondasé considerado, a rugosidade do mar aumenta, reduzindo a velocidade do vento próximoà superfície em aproximadamente 25%. Essa reduçãoé consequência da maior transferência de momentum da atmosfera para o oceano.Palavras-chave. Stress turbulento, separação do escoamento do ar, quebra de ondas, transferência de momentum
IntroduçãoAtualmente, há um crescente interesse por simulações de clima e previsão de tempo a médio e curto prazo com modelos numéricos acoplados oceano-atmosfera. Os transportes de massa (CO 2 , vapor e aerossóis), calor e momentum que cruzam a interface desses meios nos dois sentidos ocorrem em quantidades capazes de modificar significantemente a camada limite de ambos os lados, afetando a circulação atmosférica e oceânica, as condições meteorológicas e o clima. O fluxo de momentum para o oceano tem sido frequentemente incluído para simular correntes e ondas do mar, mas menos vezes no sentido oposto. Uma parte considerável do fluxo de momentum deve-seà presença da rugosidade da superfície do mar induzida pelas ondas e a parametrização desse efeito pode melhorar simulações de fenômenos meteorológicos sobre o mar, como por exemplo, depressões.
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