球壳对流中的雷诺应力与热流

背景。受旋转影响对流产生的角动量与热的湍流流在决定恒星较差自转中起着关键作用。在此，我们作为旋转速率的函数，对笛卡尔几何与球面几何进行了系统比较。目的。我们通过使用球面楔扩展早期研究，以获得分层对流中作为旋转速率函数的湍流角动量与热输运。我们在相同参数区间内比较球面模型与笛卡尔模型的结果。特别是，我们想阐明早期笛卡尔模型中发现的水平雷诺应力的尖锐赤道剖面是否能在球面模型中重现。方法。我们采用湍流对流的直接数值模拟。为了在球面运行中达到尽可能高的空间分辨率，我们仅对部分纬度和经度进行建模。以科里奥利数衡量的旋转影响从零变化到大约七，这大概是太阳对流区中可能实现的区间。笛卡尔模拟在重叠的参数区间内进行。结果。对于慢旋转，我们发现径向和纬向湍流角动量流分别向内和向赤道方向。在快旋转区间，径向流改变了符号，这与理论相矛盾。纬向流主要向赤道方向，并在靠近赤道处发展出极大值。在笛卡尔模拟中，该峰值可以通过强烈的“香蕉胞”来解释。对于慢旋转，纬向热流主要向赤道方向，但在快旋转时改变了符号。自转剖面从慢和中等旋转时的反太阳型（慢赤道）变为快旋转时的类太阳型（快赤道）。类太阳型剖面由Taylor--Proudman平衡主导。