原行星盘中尘埃颗粒的三维拉格朗日湍流扩散：方法与初步应用
地球与行星天体物理
2015-05-28 v1
摘要
为了解气态湍流原行星盘中尘埃颗粒在盘内运行期间其化学与同位素组成是如何改变的，确定它们各自的轨迹十分重要。我们在此使用流行的“湍流扩散”形式体系，通过拉格朗日数值模拟研究尘埃的扩散输运。然而，该形式体系自然地以欧拉形式表达，无法研究单个颗粒的轨迹。我们提出了一种简单且具有物理依据的随机过程，以拉格朗日形式对湍流扩散进行建模，从而克服了这些困难。我们表明，尘埃中出现了净扩散通量 F，且它与气体密度（{\rho}）梯度和尘埃扩散系数 Dd 成正比：(F=Dd/{\rho}\timesgrad({\rho}))。这导致尘埃在盘中面发生向内输运，同时有利于在盘上层发生向外输运。我们展示了比较盘中面与上层尘埃扩散以及不同尺寸颗粒样本轨迹的测试与应用。我们还讨论了在宇宙化学和 SPH 代码中的潜在应用。
引用
@article{arxiv.1105.3440,
title = {3D Lagrangian turbulent diffusion of dust grains in a protoplanetary disk: method and first applications},
author = {Sebastien Charnoz and Laure Fouchet and Jérôme Aleon and Manuel Moreira},
journal= {arXiv preprint arXiv:1105.3440},
year = {2015}
}
备注
Accepted for publication in ApJ, 37 pages, 12 Figures