不同 Prandtl 数下旋转对流在球面壳中的尺度行为
流体动力学
2025-08-14 v1
摘要
旋转球面壳中的 Rayleigh-Benard 对流提供了行星和恒星内部对流动力学的简化模型。本研究在 （）范围内构建了超过 200 个旋转对流的数值模型。随着黎特利数 的增加，我们描述了四种不同的流动模式，从线性 onset 开始，随后转为多模态，再转为地旋湍流，最终接近弱旋转 regime。我们在多模态 regime 中展示了不同 的数值模型中三次共振的证据，这可能为旋转对流从层流向湍流的转变提供了通用机制。我们分析了数值模拟中热传递和对流流速的尺度行为，特别关注 依赖性。我们发现，地旋湍流 regime 中，热传递的所谓扩散自由尺度无法在不同 的所有数值模型之间取得一致。然而，不同 下的特征流速大致遵循统一的尺度，可由 VAC 力量平衡描述，尽管在低 时尺度趋向于 CIA 力量平衡。两种尺度行为和转变行为表明，热传递受边界层控制，而对流流速主要由 时体积内的力量平衡决定，这与最近在中等到高 的实验结果一致。对于 的情况，热传递和对流速度都趋向于体积内的无粘动力学。
引用
@article{arxiv.2508.09416,
title = {Scaling behaviour of rotating convection in a spherical shell with different Prandtl numbers},
author = {Wei Fan and Qi Wang and Yufeng Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.09416},
year = {2025}
}