旋转瑞利-贝纳尔对流中的射流与大尺度涡旋

湍流、快速旋转对流最显著的动力学特征之一，是由小尺度对流流场产生的雷诺应力所驱动的、大尺度相干结构的形成。在球几何中，此类结构由沿旋转轴不变的强烈纬向流组成。在平面几何中，长寿命、不随深度变化的结构也在大尺度上形成，但在缺乏水平各向异性的情况下，它们由增长到域尺寸的涡旋组成。本工作中，我们通过采用不等水平箱尺寸（即 $L_x \le L_y$，其中 $xy$ 平面为水平面）将水平各向异性引入平面旋转对流的数值模型，研究单向流与大尺度涡旋能否共存。我们发现仅需很小程度的各向异性，即可带来从以持久大尺度涡旋为主导的动力学到以平行于最短水平方向的持久单向流为主导的动力学的转变。当各向异性足够大时，单向流由多支射流组成，其生成时间尺度小于全局黏性时间尺度，这意味着上溯能量传递并不会自发地馈入系统中最大可用模态。尽管如此，多支射流在更长的时间尺度上发生合并。尺寸与 $L_x$ 可比的大尺度涡旋在射流侧翼系统性地形成，且可为持久或间歇的。这表明大尺度涡旋——无论是否与射流共存——都是平面旋转对流的一个稳健动力学特征。