大质量恒星碳燃烧的三维流体动力学模拟

我们展示了大质量恒星碳燃烧湍流对流的第一个详细三维（3D）流体动力学隐式大涡模拟。模拟始于从 15$\,\textrm{M}_\odot$ 一维恒星演化模型中的碳燃烧壳层映射的径向剖面。我们考虑了具有 $128^3$、$256^3$、$512^3$ 和 $1024^3$ 网格区的模型。这些碳燃烧模拟的湍流流动特性与氧燃烧情况非常相似。我们在雷诺平均 Navier-Stokes 框架内对动能收支进行了平均场分析。对于上对流边界区域，我们发现当线性网格分辨率高于 512 个网格点时，数值耗散对分辨率不敏感。对于更刚性、分层更强的下边界，我们最高分辨率的模型仍显示出亚网格耗散减小的迹象，表明其尚未达到数值收敛。我们发现上下边界的宽度分别约为局部压力标高的高度的 30% 和 10%。边界的形状与恒星演化模型中使用的显著不同。正如过去的氧壳层燃烧模拟一样，我们在碳壳层燃烧模拟中观察到两个边界处的卷吸现象。在晚期阶段发现的大 P\'eclet 数区域中，卷吸率大致与整体 Richardson 数 Ri$_{\rm B}$ 成反比（$\propto$Ri${\rm_B}^{-\alpha}$，$0.5\lesssim \alpha \lesssim 1.0$）。因此，我们建议在新的一维对流边界混合参数化方案中使用 Ri$_{\rm B}$ 来纳入三维流体动力学模拟的结果。