基于潜在狄利克雷分配分析瑞利-贝纳尔对流

我们应用一种概率聚类方法——潜在狄利克雷分配(LDA),来表征瑞利-贝纳尔对流的大尺度动力学。该方法由 Frihat 等人于 2021 年提出,被应用于立方腔竖直中平面内、瑞利数范围 [106, 108] 的一组快照。对于对流热通量、温度与动能,该分解识别出称为基元的潜在因子,其由连通的流体区域构成。每张快照由基元的稀疏组合建模,其系数称为权重。基元的空间范围在腔内及随瑞利数变化。我们表明该方法能够提供热通量的紧凑表示并展现良好的生成特性。在所有瑞利数下,主导热通量基元由主要位于竖直边界层内、在腔体高度四分之一处的细长结构组成。其权重依赖于大尺度环流(LSC)的取向。一个将基元的条件平均权重与角涡及大尺度环流相对强度相关联的简单模型,被发现能较好预测平均 LSC 重定向率。将 LDA 应用于温度波动表明,温度基元在空间与时间上均与热通量基元良好相关,与动能基元的相关性则稍弱。在 108 处观测到的重定向率骤降,与大量羽流冲击层在腔体角部堆积、减小角部结构内温差有关;它亦与通过新羽流的形成与夹带而增强的纵向风有关。