恒星内部的湍流对流 III：平均场分析与分层效应

我们展示了针对 5 倍太阳质量红巨星包层以及 23 倍太阳质量超新星前身星氧燃烧壳层中湍流对流的三维隐式大涡模拟 (ILES)。数值模型在二维雷诺平均纳维 - 斯托克斯 (RANS) 方程框架下进行分析。由于对流区存在更大的分层，压力涨落的影响在红巨星模型中更为重要。我们展示了这如何影响平均场方程中的不同项，阐明了动能的驱动源，并表明湍流耗散率与对流光度相当。尽管我们的流动具有低马赫数且近乎绝热，但我们的分析具有普适性，也可应用于光球层对流。平均场平衡对线性网格分辨率的不敏感性支持了我们要对湍流对流分析的稳健性。我们在氧燃烧壳层模型的湍流对流区和稳定层中发现了稳健的结果，在红巨星模型的所有区域也发现了稳健的结果，但在氧燃烧壳层模型中包含陡峭梯度的狭窄边界区域，平均场尚未良好收敛。这一最后的结果说明了在对流边界处未解析物理过程的重要性，这些过程主导着那里的混合。