湍流与类太阳振荡的耦合:拉格朗日 PDF/SPH 联合方法。I——随机波动方程
太阳与恒星天体物理
2021-12-08 v2 流体动力学
摘要
目的。本系列论文旨在建立一种专门研究湍流对类太阳恒星整体振荡模式影响的新形式体系。本文第一篇旨在推导一个线性波动方程,该方程直接且一致地将湍流作为模型的输入,从而通过方程的随机性自然包含湍流与模式之间耦合的信息。方法。我们采用基于概率密度函数(PDF)方法的拉格朗日湍流随机模型,通过随机微分方程描述单个流体粒子属性的演化。随后我们将这些随机微分方程从拉格朗日坐标系转换到更适合恒星振荡分析的欧拉坐标系。我们将此方法与平面光滑粒子流体动力学(SPH)相结合,其中拉格朗日随机模型中出现的所有平均场都通过加权核函数直接由流体粒子集合本身估计,从而可滤取任意邻近区域内的粒子。对欧拉变量上的随机微分方程进行线性化。结果。我们得到一个随机线性波动方程,支配相关波变量的时间演化,同时包含湍流效应。该波动方程将分层介质中经典无扰动的声波传播推广为一种形式,其构造方式一致地考虑了湍流对模式的影响。湍流效应包含一个非齐次强迫项(负责模式的随机驱动)以及对波动方程齐次部分的随机扰动(负责模式的阻尼与模态表面效应)。
引用
@article{arxiv.2109.05983,
title = {Coupling between turbulence and solar-like oscillations: a combined Lagrangian PDF/SPH approach. I -- The stochastic wave equation},
author = {J. Philidet and K. Belkacem and M. -J. Goupil},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.05983},
year = {2021}
}
备注
Paper accepted for publication in A&A. 18 pages (12 without Appendices), 1 figure. Typos corrected