内热源驱动的全可压缩对流：流态与标度律

在恒星和行星中，自然过程在对流区内部而非刚性边界处加热对流流动。通过刻画对流动力学如何由内热源强度决定，我们可以深入了解驱动天体物理对流的过程。内热源对流已在不可压缩流体中得到广泛研究，但分层与可压缩性的影响尚未被详细考察。在本工作中，我们研究了在二维和三维笛卡尔坐标下的流体动力学模拟中，由空间均匀热源驱动的全可压缩对流。我们采用固定的温度上边界条件，从而得到一个在内部受热、顶部冷却的系统。我们发现，由马赫数度量的流速与由雷诺数量度的湍流，可通过分别改变内热源的特征温度梯度和扩散系数来独立控制。在固定马赫数（流速）下的二维模拟表明，随着扩散系数减小，低波数处的功率保持一致。我们观测到速度分布偏向寒冷、快速的下降流的对流，且流速与驱动下降流的上边界的长度尺度和熵梯度相关。我们还发现了一个与先前不可压缩工作一致的传热标度律。