多尘粒种类的流不稳定性：II. 非线性饱和下的湍流与尘气动力学

流不稳定性是一种基本过程，可驱动原行星盘中的尘气动力学并最终导致星子形成。作为一种线性不稳定性，研究表明，对于具有尘粒尺寸分布的情形，其增长可根据尘粒尺寸分布与总尘气密度比 $\epsilon$ 划分为快增长与慢增长两种截然不同的 regime。利用非分层盘的数值模拟，我们将分属不同 regime 的三个算例推进至非线性饱和。我们发现，两个快增长算例的饱和态与其单尘粒种类对应情形相似。其中最大无量纲停止时间 $\tau_\mathrm{s,max}=0.1$ 且 $\epsilon=2$ 的算例驱动了湍流的垂直尘气涡旋，而另一个 $\tau_\mathrm{s,max}=2$ 且 $\epsilon=0.2$ 的算例则导致尘粒的径向交通堵塞与丝状结构。前者的尘密度分布在低密度区平坦，而后者具有低端截断。相比之下，那个慢增长算例导致近乎宁静的状态。此外，我们发现，在快增长 regime 中，发生了显著的按尺寸尘粒分选，大颗粒向致密区运动而小颗粒留在稀疏区，且各尘粒种类的平均径向漂移明显偏离（初始）阻力平衡。前一效应可能使多波长观测导出的谱指数偏斜，并改变星子形成所用卵石云的初始尺寸分布。后者与湍流扩散一起可能影响年轻原行星盘中固体物质的径向输运与混合。