混合对流-稳定分层流体的动力学
流体动力学
2017-09-20 v1 地球物理
摘要
我们通过直接数值模拟研究了被限制在等温无滑移上下边界（温度分别为 和 ）之间的密度分层流体的动力学区域。流体的热膨胀系数与温度相关，且选取使得流体密度在反转温度 处达到最大。因此，流体的下层是对流不稳定的，而上层是稳定分层的。我们表明，对流的特征随稳定层的分层程度而发生显著变化。在强稳定分层下，对流区域与对流不稳定的流体部分（即 的区域）重合，对流运动由具有大密度异常的上升和下沉羽流组成，如同标准的 Rayleigh-Benard 对流；内重力波由对流层中的湍流脉动产生并向上层传播。在弱稳定分层下，我们证明很大一部分稳定流体（即温度 ）失稳并被从底部边界发出的浮力羽流卷入。因此，对流将低密度异常的冷斑块与向上运动的热羽流混合，最终结果是 等温线在底部边界层内下沉，且对流以卷入为主。我们通过对不同分层强度下的物理量进行分析，提供了羽流主导对流与卷入主导对流区域之间转变的唯象描述。我们发现，稳定层对对流的影响随分层强度的增加仅减弱得很微弱，这意味着在广泛的应用中，稳定层与对流的动力学应被自洽地研究。
引用
@article{arxiv.1709.06454,
title = {Dynamics of Mixed Convective--Stably-Stratified Fluids},
author = {L. -A. Couston and D. Lecoanet and B. Favier and M. Le Bars},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.06454},
year = {2017}
}