湍流瑞利-贝纳尔对流中两个相邻对流卷之间的相互作用

瑞利-贝纳尔对流实验在两个相邻的立方腔中进行，腔间设有一道部分隔墙以强制产生两个相互作用的对流卷。观测到的稳定态包括反向旋转与同向旋转两种状态。每种状态的稳定性及其动力学通过随机常微分方程建模，方程以各对流卷的取向、振幅和平均温度表示。相互作用项的形式基于相邻卷之间温度的有效湍流扩散进行预测。对同向与反向旋转状态的稳定不动点作出了预测。这表明，描述宏观平均热输运的同一湍流热扩散率也控制着相邻对流卷之间的相互作用。同向旋转态出人意料的稳定性源于相邻卷之间的温差变得足够大，使得卷间热通量稳定了同向对齐旋转态的温度分布。该温差可通过将两个腔的加热板加热至不同平均温度来驱动。这会使反向旋转态的卷取向向相反方向偏移，且在温差较大时仅有同向旋转态稳定。还观测到了同向与反向旋转态之间的自发切换。切换到反向旋转态主要由于停滞（对流卷显著减弱）发生，这降低了对取向变化的阻尼，使取向因扩散涨落而迅速改变。切换到同向旋转态主要由较小的扩散涨落驱动，这些涨落具有正反馈，使反向旋转态失稳。