宽间隙球形 Couette 系统中的湍流过渡

球形 Couette 系统由两个同心球构成，球间填充流体。我们研究了一种 regime，其中外球以足够快的速度旋转，使得圆盘力成为重要因素，而内球的旋转速度要慢或相对于外球以相反方向旋转。我们对 BTu Cottbus - Senftenberg 实验中看到的临界差异旋转处的突然湍流过渡进行数值研究，并探讨其原因。我们发现，湍流的来源是内球边界层，当其在离心力不稳定时发生。我们表明，这种不稳定性导致小尺度结构的生成，这些结构随后在以惯性波为主导的流体中引发湍流，改变了内边界附近的力量平衡，通过鲁棞应力形成平均流，从而实现有效的角动量传递。我们将结果与轴对称数值模拟进行比较，显示在完整三维和轴对称模拟的湍流 regime 中，流动性质存在显著相似性，但在导致此过渡的不稳定性演化方面存在差异。我们发现，基于以边界层厚度为长度尺度定义的鲁棞数所做的启发式论证，有助于解释实验中观察到的临界差异旋转随旋转速率变化的标度定律。