逼近快速旋转对流的渐近机制：边界层与内部动力学
流体动力学
2015-06-23 v1 地球物理
摘要
本文结合直接数值模拟（DNS）、实验室实验和渐近建模的结果，研究了快速旋转的 Rayleigh-B\'enard 对流。研究表明，渐近理论能够在低但有限的 Rossby 数下很好地描述主体动力学。然而，发现热传递标度律与渐近预测存在巨大偏差，实验室实验和 DNS 一致给出的 Nusselt 数远大于预期。这些偏差可追溯至动力学活跃的 Ekman 边界层，研究表明即使在 Ekman 数小至 时，它们在控制热传递方面也起着不可或缺的作用。通过在具有无应力边界条件的模拟中添加 Ekman 输运的解析参数化，我们证明了热传递会从与渐近理论广泛兼容的值跃迁至热传递显著增强的状态，这与无滑移 DNS 结果在定量上高度一致，并与实验数据兼容。最后，类似于非旋转对流，我们发现快速旋转对流系统中不存在单一的标度行为，而是存在多个定义明确的动力学机制。
引用
@article{arxiv.1409.7432,
title = {Approaching the Asymptotic Regime of Rapidly Rotating Convection: Boundary Layers vs Interior Dynamics},
author = {S. Stellmach and M. Lischper and K. Julien and G. Vasil and J. S. Cheng and A. Ribeiro and E. M. King and J. M. Aurnou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1409.7432},
year = {2015}
}
备注
Submitted to Physical Review Letters on 17 July 2014