差温矩形腔内冰水界面的平衡态

我们研究了矩形容器中纯水相变的热传导与对流状态，其中两相对壁面分别维持在冰点以下和冰点以上温度，其余边界均为绝热。在已有实验测量与数值模拟的基础上，我们考察了平衡时的总体含冰量及相应的冰水界面形状。我们首先探讨了初始条件（全液态或全冻结）对系统演化的影响。其次，我们探究了腔体长宽比的影响，包括在背景热梯度与重力反平行（即瑞利-贝纳尔（RB）构型）以及二者垂直（即垂直对流（VC））的构型中。我们发现，在一组明确识别的条件下，RB构型中的系统呈现出多重平衡态，或为热传导态而非对流态，或虽为对流态但具有不同冰锋形态。冰锋形状似乎总是由系统中的大尺度环流决定。在RB中，具体形状取决于横向受限程度。在VC情形下，由于所研究的各种腔体长宽比下均存在两个垂直堆叠的反转对流涡卷，冰锋形貌更为稳健。