实验室实验中准开普勒剪切流的稳定性

背景：亚临界转捩到湍流已被提出作为开普勒盘中快速吸积所需角动量输运的湍流粘滞来源。先前支持这一假说的实验室实验，要么是在不同于开普勒流的流动类型中进行的，要么没有对角动量输运和平均流剖面进行定量测量，而且所有这些实验似乎都受到埃克曼效应（由非最优轴向边界条件引起的二次流）的影响。这种埃克曼效应预计在天文盘中不存在，除非有强磁化，天文盘可能具有无应力垂直边界。目的：量化在最小化埃克曼效应的准开普勒流中，如果存在亚临界水动力湍流，其导致的角动量输运。方法：我们在一个新型实验室装置中，通过灵活控制轴向边界条件来最小化埃克曼效应，对雷诺应力张量的方位角-径向分量进行了局部测量。结果：我们发现，在准开普勒流中，由于非最优轴向边界条件，埃克曼效应对角动量输运有显著影响。在最优控制埃克曼效应的情况下，在高达两百万的雷诺数下，此类流中未检测到具有统计意义的角动量输运。结论：要么亚临界转捩不发生，要么即使发生，优化后的准开普勒实验室流中相关的径向角动量输运也太小，无法直接支持亚临界水动力湍流是天体物理盘中吸积原因的假说。讨论了由于实验几何形状，将实验室结果应用于天体物理盘的可能局限性。