超声速湍流中的密度分布

我们提出了一个超声速湍流中密度统计的模型，该模型在恒星形成和星际介质（ISM）物理中起关键作用。受 [Hopkins, MNRAS, 430, 1880 (2013)] 启发，该模型将密度视为由宽度为 $\sim\! \mathcal{M}^{-2}$ 的强激波集合组成，其中 $\mathcal{M}$ 为湍流马赫数。凭借两个物理动机明确的参数，该模型预测了 $\mathcal{M}>1$ 湍流的所有密度统计特性：密度概率分布及其间歇性（偏离对数正态性）、密度方差-马赫数关系、功率谱和结构函数。对于所提出的模型参数，模型预测与数值模拟之间取得了合理的一致性，尽管当前模拟结果存在较大的不确定性。更一般地，该模型可为未来模拟和观测数据的更详细分析提供有用的框架。由于该模型在激波方面具有简单的物理动机，它可直接推广至更复杂的物理过程，这将有助于未来对 ISM 的更详细应用。我们观察到这种推广与非等温湍流的近期模拟之间有良好的定性一致性。