吸积盘边界层中向湍流的亚临界转捩

为解释低质量 X 射线双星、激变变星或拥有大质量原行星盘的年轻恒星中观测到的吸积时标，需要通过弱磁化吸积恒星表面附近边界层的增强角动量传输。吸积盘边界层在局部上由不可压缩、均匀且无界的气旋型流动表示，该流动线性稳定。其在约为转动频率量级的剪切率下的非线性不稳定性仍是一个问题。我们认为，此类流动中的流体力学亚临界湍流由本质三维涡旋的非线性反馈维持，这些涡旋由准二维后随剪切螺旋通过摆动放大增长至大幅值而产生。我们称这些三维涡旋为交叉滚轴，因其沿剪切方向排列，不同于旋转剪切流在 Rayleigh 线上由反抬升机制产生的流向滚轴。交叉滚轴的瞬态增长被解析研究，并进一步与非线性扰动动力学的直接数值模拟（DNS）对照。在高盒中进行的 DNS 表明，转捩雷诺数 $R_T$ 作为剪切率的函数与交叉滚轴恒定最大瞬态增长线相符。在高盒中观测到的转捩直至剪切率高于转动频率三倍，此时 $R_T\sim 50000$。假设交叉滚轴也负责开普勒流中的湍流，我们估计此情形下 $R_T\lesssim 10^8$。检验准开普勒 regime 中湍流存在的最有利剪切率可能是亚开普勒的且约等于 $1/2$。