快速旋转湍流热对流中的边界带状流

最近，在 Zhang 等人（2020）中发现，在细长圆柱容器（直径与高度纵横比 $\Gamma=1/2$）中填充小普朗特数流体（$Pr \approx0.8$）的快速旋转湍流 Rayleigh-B\'enard 对流（RBC）中，大尺度环流（LSC）被抑制，侧壁附近发展出边界带状流（BZF），其特征是温度的双峰 PDF、气旋式流体运动以及流型相对于旋转坐标系的反气旋式漂移。该 BZF 在 $Pr < 1$ 时承担了不成比例的大量（$>60\%$）总热输运，但在较大 $Pr$ 时急剧下降到约 $35\%$。在本工作中，我们表明 BZF 是稳健的，并出现在不同 $\Gamma$ 容器中的快速旋转湍流 RBC 以及宽广的 $Pr$ 和 $Ra$ 范围内。对 $0.1 \leq Pr \leq 12.3$、$10^7 \leq Ra \leq 5\times10^{9}$、$10^{5} \leq 1/Ek \leq 10^{7}$ 以及 $\Gamma$ = 1/3、1/2、3/4、1 和 2 的直接数值模拟表明，BZF 宽度 $\delta_0$ 随瑞利数 $Ra$ 和埃克曼数 $Ek$ 的标度为 $\delta_0/H \sim \Gamma^{0} \Pr^{\{-1/4, 0\}} Ra^{1/4} Ek^{2/3}$（${Pr<1, Pr>1}$），漂移频率为 $\omega/\Omega \sim \Gamma^{0} Pr^{-4/3} Ra Ek^{5/3}$，其中 $H$ 为单元高度，$\Omega$ 为角旋转速率。BZF 的模态数在 $\Gamma \lesssim 1$ 时为 1，在 $\Gamma$ = {1,2} 时为 $2 \Gamma$，与 $Ra$ 和 $Pr$ 无关。BZF 非常类似于旋转对流中的壁模态。