边界驱动流对旋转球形热分层流体的穿透
流体动力学
2019-03-27 v2
摘要
受地球体内部动力学启发,我们考虑一个球壳内旋转、强热分层的流体,其外边界具有给定的横向非均匀热通量条件。利用数值模型,我们探索了三个关键无量纲数的广泛范围:热分层参数(边界温度梯度与施加的垂直温度梯度相对大小)、浮力参数(施加的边界热通量异常强度)、以及 Ekman 数(粘性力与科里奥利力之比)。我们发现了稳态与时间依赖解,并描绘了时间演化 regime 边界。我们聚焦于稳态解,其中发现低 regime(浮力主导动力学)与高 regime(分层主导)之间的清晰转变。对于后者,径向与水平速度分别按 、 标度,并被限制在外边界处深度为 的薄层内的边界诱导流中。对于地球,若下地幔非均匀结构主要源于化学异常,我们估计地核处于高- regime,由强外边界热异常产生的稳态流无法穿透稳定层。然而,若地幔非均匀性源于热异常且热通量变化很大,地核将处于低- regime,其中稳定层很可能被边界驱动流穿透。
引用
@article{arxiv.1807.00310,
title = {Penetration of boundary-driven flows into a rotating spherical thermally-stratified fluid},
author = {Grace A. Cox and Christopher J. Davies and Philip W. Livermore and James Singleton},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.00310},
year = {2019}
}