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驯服湍流:云风相互作用中湍流的温度依赖性

星系天体物理 2023-06-22 v2

摘要

湍流辐射混合层(TRMLs)在许多冷(104\lesssim 10^4 K)云与热流(如星系风、高速云、晕和星系团中的下落卫星)相互作用的天体物理环境中起着重要作用。这些云的归宿(以及其许多可观测性质)由湍流与辐射冷却之间的竞争决定;然而,这些多相流中的湍流仍知之甚少。我们利用流体动力学 ENZO-E 模拟研究了云与超音速风相互作用中产生的湍流。为获得稳健结果,我们采用多种度量来表征湍流速度 vturbv_{\rm turb}。当冷却足以使云存活时,我们得到四个主要结果。第一,vturbv_{\rm turb} 表现出明显的温度依赖性。起初,vturbv_{\rm turb} 大致符合声速随温度的标度关系。在温度高于冷却峰值温度的气体中,该依赖性随时间减弱,直至 vturbv_{\rm turb} 为常数。第二,云与风之间的相对速度起初驱动 vturbv_{\rm turb} 快速增长。当其下降(因夹带)时,vturbv_{\rm turb} 在开始稳定于约最大值一半之前先衰减。在晚期,冷却流似乎维持着湍流。第三,vturbv_{\rm turb} 的幅度随热相声穿越时间与最小冷却时间之比标度。最后,我们发现存在与分辨湍流相关的长度尺度的初步证据。对该尺度的欠分辨可能导致剧烈的碎裂并影响云的大尺度形态性质。

关键词

引用

@article{arxiv.2210.15679,
  title  = {Taming the TuRMoiL: The Temperature Dependence of Turbulence in Cloud-Wind Interactions},
  author = {Matthew W. Abruzzo and Drummond B. Fielding and Greg L. Bryan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2210.15679},
  year   = {2023}
}

备注

25 pages + appendix, 17 figures, Submitted to ApJ. For associated movies, see http://matthewabruzzo.com/visualizations/