小尺度 Rayleigh-Bénard 湍流中的大尺度足迹

众所周知,湍流对流系统会产生显著的大尺度环流。同时,“背景”(或“小尺度”)湍流也高度相关,例如在流场主体中承担了大部分热输运。本文中,我们研究小尺度湍流如何与 Rayleigh-Bénard 对流的的大尺度流动组织相互关联。我们的结果基于在 Rayleigh 数 $Ra = 10^8$、大宽高比($\Gamma=32$)腔体中进行的数值模拟,以确保明显的尺度分离。我们提取小尺度湍流的局地幅度与波数,发现这些量的大尺度变化与大尺度信号存在显著相关。最值得注意的是,我们发现羽流撞击区域中存在更强的温度涨落与增强的小尺度输运(约为全局 Nusselt 数 $Nu$ 的 $10\%$),而在羽流发射对应区域则呈现相反趋势。这涉及 up to $2\delta_\theta$(热边界层厚度)的壁面距离。通过条件平均的第二种独立方法证实了这些发现,并给出了关于小尺度性质大尺度变化的额外见解。我们的结果对小尺度湍流的建模具有启示意义。