对流旋转层中差速旋转的实验室研究
流体动力学
2008-06-10 v1 大气与海洋物理
摘要
实验研究了具有经向对流环流的旋转圆柱流体层中大尺度方位速度场的演化。考虑了两种情况：由周边环形加热器提供的直接环流和由中心加热器提供的间接环流。利用粒子图像测速（PIV）技术重构了平均大尺度速度场的详细三维结构。由于科里奥利力的作用，经向流导致了差速旋转。差速旋转的特征是方位速度的径向和垂直梯度的平均值。直接环流产生了强烈的负平均径向梯度，且该梯度随格拉斯霍夫数（Grashoff number）的增加而增大。在间接环流情况下，中等格拉斯霍夫数下出现了明显的负梯度。平均垂直梯度的行为则截然不同：在直接环流下，正垂直梯度随格拉斯霍夫数对数增长，而间接环流的特征则是微弱的负梯度。这种差异源于流场结构——直接环流在反气旋流上方提供了一个局域化的大型气旋区域，而间接环流导致这两个区域在径向上强烈分离（中心部分被气旋流占据，周边被反气旋流占据）。经向环流导致积分角动量发生显著变化。直接环流导致积分角动量增加，而间接环流导致其减少。在相同的加热功率下，直接环流引起的角动量增加远大于间接环流引起的减少。
引用
@article{arxiv.0806.1259,
title = {Laboratory study of differential rotation in a convective rotating layer},
author = {Vladimir Batalov and Andrey Sukhanovsky and Peter Frick},
journal= {arXiv preprint arXiv:0806.1259},
year = {2008}
}