盘中涡旋的三维可压缩流体动力学模拟
天体物理学
2011-02-11 v2
摘要
我们进行了三维、高分辨率（最高达1024^2×256）的流体动力学模拟，研究在无垂直分层的Keplerian盘中涡旋的演化。采用切割板近似。我们利用不可压、线性�幅前驱波的瞬时放大现象（该现象被提议为盘中非线性流体动力学湍流的可能途径）作为算法的一个测试；我们的方法准确捕捉了预测的放大现象，收敛于二阶，且无别名。当|W_max|≳Ω时（其中W_max为涡旋的局部最大值，Ω为角速度），预期在峰值放大时达到非线性�幅的波动将不稳定于Kelvin-Helmholtz模式。我们研究了与Kolmogorov湍流一致的涡旋功率分布的演化；在二维中，长期存活的涡旋逐渐衰减，类似于前期研究。在三维中，然而，涡旋因弯曲模式而不稳定，导致快速衰减。只有长度-宽度比小于1的涡旋才能存活；在三维中，残余动能和剪切应力至少比二维小一个数量级。未观察到持续的流体动力学湍流和输运。在晚期时，残余输运由尺度较大的慢性衰减涡旋（其水平尺度相当于盘的垂直尺度）决定，另外可能来自接近不可压的惯性波。评估大尺度涡旋在天体星体盘中作用的重要性需要理解其生成和消耗机制。
引用
@article{arxiv.astro-ph/0609131,
title = {Three Dimensional Compressible Hydrodynamic Simulations of Vortices in Disks},
author = {Yue Shen and James M. Stone and Thomas A. Gardiner and ;},
journal= {arXiv preprint arXiv:astro-ph/0609131},
year = {2011}
}
备注
Matched to the published version (but with color figs); high resolution figures available at http://www.astro.princeton.edu/~yshen/hydro_sb/