具有热扩散的强分层受迫剪切层中的湍流输运

本工作给出了关于在强分层但热扩散环境中由剪切诱导湍流引起的热与化学物种输运的数值结果。在此状态下驱动的剪切不稳定性有时被称为“长期”剪切不稳定性（secular shear instabilities），并且即使流动的梯度理查森数（浮力频率与剪切率之比的平方）很大，只要佩克莱数（Péclet number，热扩散时标与湍流涡周转时标之比）很小，它们也能发生。我们已经确定了一组简单判据来决定这些不稳定性是否会发生。一般而言，我们发现只要流体的热扩散率非常大（通常大于$10^{14}$cm$^2$/s），它们就可能相关，例如大质量恒星（$M\ge 10 M_\odot$）的外层就是这种情况。利用一个简单模型设置，其中剪切由空间正弦、恒定振幅的体积力强迫，我们确定了从有效无分层到非常强分层的几种状态，每种都有其自身的动力学性质。然而，除非系统处于两种极端状态之一（有效无分层或完全稳定），我们发现（1）仅约10%的输入功率用于热输运，而其余90%被黏性耗散；（2）有效成分混合系数可由Zahn (1992)模型很好地近似，其中$D \simeq 0.02 \kappa_T /J$，$\kappa_T$为热扩散率，$J$为梯度理查森数。然而，这些结果需要在不同模型设置及更高有效雷诺数下通过模拟来确认。