辐射加热实现热对流的终极区
流体动力学
2021-01-08 v2 太阳与恒星天体物理
摘要
光或辐射的吸收驱动了恒星、超新星、封冻湖泊和地幔内部的湍流对流。在这些情形下，实验室与数值研究的目标是确定内部温度梯度与湍流所输运热通量之间的关系。这是湍流对流的本构律，需输入此类自然流动的大尺度模型中。然而，与自然流动的辐射加热相反，实验室实验集中于由加热板与冷却板驱动的对流：此时热输运受到板附近边界层的严重限制，从而阻碍了地球物理与天体物理流动演化模型中所用的混合长标度律的实现。因此，实验室实验测得的标度律与例如恒星演化模型中所用的标度律之间存在重要差异。本文给出实验与数值证据，表明辐射驱动对流自发地实现了混合长标度区，亦称热对流的“终极”区。这构成了对该湍流对流区的首次清晰观测。因此，我们的研究弥合了自然流动模型与实验室实验之间的鸿沟。它开辟了一条实验途径，用于先验确定将输入地球物理与天体物理流动模型的本构律，而非对这些本构律针对稀缺观测数据作经验拟合。
引用
@article{arxiv.2012.10935,
title = {Radiative heating achieves the ultimate regime of thermal convection},
author = {Simon Lepot and Sébastien Aumaître and Basile Gallet},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.10935},
year = {2021}
}