垂直与水平剪切不稳定性的联合效应
太阳与恒星天体物理
2023-11-20 v2 流体动力学
摘要
剪切不稳定性可以是恒星辐射区中大量湍流混合的来源。过去对其效应的建模尝试(无论是理论上的还是使用数值模拟的)都聚焦于剪切纯垂直或纯水平的理想化几何。然而在恒星中,剪切相对于重力可有任意方向。本工作中,我们使用直接数值模拟研究稳定分层流体中剪切不稳定性的非线性饱和,其中剪切在水平方向为正弦型,在垂直方向为常值或正弦型。我们发现,在此处研究的参数区间(无耗散、完全湍流流动)内,平均垂直剪切除非其理查森数小于约1,否则对所得湍流的动力学不起控制作用。由于多数恒星辐射区的理查森数远大于1,我们的结果意味着:即便垂直剪切远大于水平剪切(例如太阳差旋层),在为恒星演化计算而与剪切不稳定性相关的垂直混合系数之计算中,垂直剪切基本上可忽略。
引用
@article{arxiv.2308.14442,
title = {The combined effects of vertical and horizontal shear instabilities},
author = {Pascale Garaud and Saniya Khan and Justin M. Brown},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.14442},
year = {2023}
}
备注
26 pages, 8 figures, resubmitted to ApJ