Rayleigh-Bénard对流中的湍流热超结构

我们报道了在高度湍流的Rayleigh-Bénard对流中直至Rayleigh数 $Ra=10^9$ 观察到的超结构，即非常大尺度且长寿命的相干结构。我们在水平周期域中进行了展弦比高达 $\Gamma=128$ 的直接数值模拟。在所考虑的 $Ra$ 数区间内，热超结构的水平延展为域高度的六到七倍，且其尺寸与 $Ra$ 无关。许多实验室实验和数值模拟聚焦于小展弦比腔体以达成尽可能高的 $Ra$。然而，我们在此表明，对于极高 $Ra$，诸如Nusselt数和体积平均Reynolds数等积分量仅在 $\Gamma \approx 4$ 左右收敛到大赛道比极限，而如标准差和峰度等水平平均统计量在 $\Gamma \approx 8$ 左右收敛，积分尺度在 $\Gamma \approx 32$ 左右收敛，温度方差和湍流动能谱的峰值位置仅在 $\Gamma \approx 64$ 左右收敛。