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用羽流建模恒星对流输运:I. 双平均公式中的非平衡湍流效应

太阳与恒星天体物理 2022-09-21 v4 流体动力学 等离子体物理

摘要

对流流中的羽流被认为与对流中的湍流输运相关。在时空双平均框架下研究了对流湍流中的有效质量、动量与热量输运,其中场量被分解为三部分:时空平均(时间平均的空间平均)场、频散或相干涨落、以及随机或非相干涨落。在此框架下,平均场方程中的湍流关联被划分为频散/相干与随机/非相干关联部分。将羽流视为相干涨落,借助非平衡效应构建了对流湍流的输运模型,其中建模湍流输运系数时考虑了沿平均流的湍流特性变化。本工作中,羽流运动沿途湍流性质的变化首次被纳入湍流输运系数的表达式中。该非平衡模型被应用于恒星对流流。由表面冷却驱动的对流的一个显著特征——表面层下方增强且局域化的湍流质量通量,通常基于混合长理论(MLT)的涡扩散模型完全无法重现,却被本模型良好再现。我们的结果表明,将羽流运动纳入湍流输运模型是平均场理论超越基于 MLT 的启发式梯度输运模型的重要且切题的拓展。

关键词

引用

@article{arxiv.2111.08921,
  title  = {Modelling stellar convective transport with plumes: I. Non-equilibrium turbulence effect in double-averaging formulation},
  author = {Nobumitsu Yokoi and Youhei Masada and Tomoya Takiwaki},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2111.08921},
  year   = {2022}
}

备注

18 pages, 8 figures