极高瑞利数下的边界层不稳定性证据

1997年，一项瑞利-贝纳德实验在瑞利数大于 $Ra \sim 10^{12}$ 时观测到热输运效率的显著增加，并将此解释为Kraichnan对流"终极状态"的特征。根据Kraichnan 1962年的预测，冷热板上方——大部分流体温度降集中于此——的流动边界层在足够大的 $Ra$ 下会变得不稳定，这种不稳定性相较于其他湍流状态增强了热输运。使用与1997年实验相同的对流单元，我们证明所报道的热输运增加伴随着底板（恒功率加热）温度涨落的增强。事实上，对于 $Ra < 10^{12}$，底板的涨落可由流动体内部的涨落简单解释。特别地，它们在低频段共享相同的谱密度，仿佛底板跟随流动体缓慢的温度涨落，叠加穿过底部边界层的恒定温度降。反之，要解释更高 $Ra$ 下底板的温度涨落，我们不能再忽略边界层两侧温度降的涨落。高 $Ra$ 下涨落的负偏度支持了边界层不稳定性的图景。这些观测为1997年报道的转变对应于对流"终极状态"的触发提供了新证据。