密度最大near水平对流中的尺度转变

水平对流（Horizontal convection, HC）作为地球物理和工业流动沿表面受微分加热驱动的标准模型而言具有重要意义。虽然经典的Oberbeck-Boussinesq（OB）近似已为人所熟知，但以非线性状态方程（特别是水在$4^\circ\mathrm{C}$处的密度最大值）的影响仍未得到充分探讨。本研究通过直接数值模拟（DNS）研究了Non-Oberbeck-Boussinesq（NOB）效应对HC的影响，模拟的Rayleigh数范围为$10^6 \le Ra \le 5\times 10^{10}$。我们检查了两种配置：经典HC（CHC）和对称HC（SHC）。我们的结果表明，NOB-SHC情况发生了结构转变，演变为由中心`混合柱'驱动的全深度单卷积循环。这种组织重构表现为Reynolds数（$Re$）尺度的过渡性异常，而全深度柱的出现从根本上改变了热量传递机制。因此，与参考情况中观察到的经典罗oser比例（$Nu \sim Ra^{1/5}$）不同，NOB-SHC阶段表现出增强的热量传递尺度，范围从$Nu \sim Ra^{1/4}$到$Ra^{1/3}$。为阐释这一行为，我们通过纳入广义势能转移项（$\Phi_{i2}$）来扩展了Shishkina-Grossmann-Lohse（SGL）理论。该理论框架表明，全局尺度律由特征柱高度（$\hat{z}$）决定。具体而言，当柱穿透整个腔体深度（$\hat{z} \sim H$），即在NOB-SHC情况下所观察到的那样，流动超越了OB HC的经典界限，进入类似Rayleigh-Bénard对流的 regime。该提出的理论成功地统一了OB和NOB流体的尺度律，与数值数据表现出良好的一致性。