高瑞利数球形对流中的普朗特数效应
太阳与恒星天体物理
2018-03-26 v1 流体动力学
摘要
对流是太阳外层能量与角动量传输的主导机制。由此产生的翻转运动也是太阳磁场的主要能量来源。因此，准确的太阳发电机模型需要对对流运动有完整的描述，但这些运动目前仍知之甚少。数值研究恒星对流仍具挑战性；其发生的参数区间按计算标准而言极为极端。对流区的流体性质部分由普朗特数 表征，其中 为运动粘度， 为热扩散率；在恒星中， 极低，。由于大多数数值研究局限于使用 ， 对发电机核心对流运动的影响尚不清楚。我们系统性地改变 和以瑞利数表征的热强迫程度，以探索其对对流动力学的影响。在足够强的热驱动下，模拟达到所谓的对流自由落体状态，此时扩散在内部动力学中不再发挥重要作用。在等效热强迫水平下，较低 的模拟产生更快的对流流和更宽的尺度范围。速度的谱分布特征对 的变化在很大程度上不敏感。重要的是，我们发现 通过控制热边界层的厚度，在决定何时达到自由落体状态方面起着关键作用。
引用
@article{arxiv.1803.07035,
title = {Prandtl-Number Effects in High-Rayleigh-Number Spherical Convection},
author = {Ryan J. Orvedahl and Michael A. Calkins and Nicholas A. Featherstone and Bradley W. Hindman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.07035},
year = {2018}
}