半径比对环形离心 Rayleigh-Bénard 对流的影响

我们报道了关于环形离心 Rayleigh-Bénard 对流（ACRBC）系统中流动结构与热输运的三维直接数值模拟研究，该系统具有冷内柱和热外柱同轴旋转，瑞利数范围 Ra $\in [{10^6},{10^8}]$，半径比范围 $\eta = {R_i}/{R_o} \in [0.3,0.9]$。本研究聚焦于流动性质对半径比 $\eta$ 的依赖性。温度和速度场显示，ACRBC 系统内外柱的不同曲率在科里奥利力作用下导致热羽和冷羽的非对称运动，从而形成纬向流。纬向流的物理机制由大尺度环流卷的漂移频率以及时空平均方位角速度对 $\eta$ 的依赖性所证实。我们发现 $\eta$ 越大，纬向流越弱。我们表明热输运效率随 $\eta$ 增大而提高。还发现主体温度偏离算术平均温度，且偏差随 $\eta$ 减小而增大。这一效应可由一个考虑 ACRBC 中曲率效应和径向依赖离心力的简单模型解释。