大宽高比下的剪切流及其抑制：增长型对流区的二维模拟
流体动力学
2023-11-08 v4 大气与海洋物理
地球物理
摘要
我们研究当具有成分梯度的稳定层化流体从上方冷却时，增长型对流层中纬向流的 onset 与演化。该构型允许在给定的模拟中针对大范围的瑞利数 和对流区宽高比研究纬向流。我们使用布辛涅斯克近似进行了一系列二维模拟，计算域宽高比在 到 之间，普朗特数 、0.5、1 和 。我们发现，对于方形域，当对流层宽高比小于 2 时出现纬向流，且系统演化依赖于普朗特数。对于 ，流体经历对流输运的爆发，爆发之间对流输运可忽略。爆发的幅度和频率在低 时更小，这表明爆发态在 附近的窄范围内更强，正如先前热对流研究中所观察到的。对于 ，流动结构由倾斜对流羽流组成，且对流输运始终持续。在更宽的域中，对流区宽高比始终远大于 2，且不出现纬向流。这些结果确认并将先前热对流的结论扩展至具有稳定成分梯度的流体。通过使用大宽高比计算域可避免纬向流，这一事实为跨扩散界面的对流 overshoot、层形成与输运性质的二维研究开辟了可能。
引用
@article{arxiv.2103.01841,
title = {Shear flows and their suppression at large aspect ratio. Two-dimensional simulations of a growing convection zone},
author = {J. R. Fuentes and A. Cumming},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.01841},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in Physical Review Fluids