4π 几何下湍流氧燃烧壳层对流的理想化流体动力学模拟

本工作研究恒星对流的性质，特别关注上对流边界（CB）处的卷吸。在 4π 几何下，使用 768³ 和 1536³ 网格，以代表性加热率驱动，对大质量恒星氧燃烧壳层中的湍流对流进行了理想化模拟。还在 768³ 网格上进行了加热系列模拟。1536³ 模拟显示上对流边界处的卷吸率为 1.33×10⁻⁶ M⊙ s⁻¹。相同加热率下的 768³ 模拟结果与之相差在 17% 以内。发现上对流边界处的卷吸率与驱动光度和上边界剪切速度的立方呈线性标度关系，而径向均方根流体速度则如预期与驱动光度的立方根呈标度关系。在一维扩散框架内对混合进行了分析，得到了一个简单的对流边界混合模型。分析证实了先前的研究结果，即在一维模拟中将混合长理论的混合长度限制为到对流边界的距离，能更好地再现三维模拟的球平均径向速度剖面，并为一维指数扩散对流边界混合模型提供了改进的参考扩散系数 D₀ 的确定方法。根据三维模拟数据，我们采用水平速度分量最大梯度位置作为对流边界，该位置具有约 0.17 H_P 的 2σ 空间涨落。采用 f = 0.03 的指数衰减扩散对流边界混合模型能够再现球平均的三维丰度剖面。