2D Numerical Simulation of Stellar Convection
通过对含时可压缩对流的数值模拟，可以较详细地研究具有外对流区的恒星表面层的动力学和热结构。为了研究"恒星颗粒化“作为光谱类型的函数的性质，我们对各种恒星参数进行了详细的表面对流的二维辐射流体力学计算。这些模拟的主要特点进行审查，特别是参考标准的混合长度模型。
2000-03-06 astro-ph
Anelastic and Compressible Simulations of Stellar Oxygen Burning
在本文中，我们比较了完全可压缩（Meakin & Arnett 2006 a，b）和滞弹性（Kuhlen，Woosley，& Glatzmaier 2003）模拟恒星氧壳燃烧。结果表明，两种模型在速度尺度（v_c ~ 1 e7 cm/s）和热力学涨落幅度（例如，ρ ′/<rho>~ 2e-3）。大的波动（~11%）出现在可压缩模型，局部对流边界，是由于内波激发稳定层。在几个百分比的水平上的波动也存在于可压缩模型中，由于对流边界处正在进行的卷吸事件的成分不均匀性。在滞弹性模拟中不存在类似的波动（振幅大于~1%），因为它们是由该模型中不包括的物理学引起的。通过假设边界处的内波引起的压力波动p_w '平衡对流运动的冲压压力rho*v_c2，我们推导出对流边界处的预期密度波动幅度的分析估计。预测的振幅与模拟数据吻合较好。对流区内的滞弹性和可压缩解之间的良好一致性以及稳定层动力学和非径向波动方程的解析解之间的一致性表明，所使用的可压缩流体动力学技术对于模拟的恒星对流模型是鲁棒的，即使在低马赫数M~0.01。
2006-11-09 astro-ph
Effects of convection on the mean solar structure
太阳对流和振荡研究的总体框架是太阳结构的球对称部分。我讨论这些属性的太阳内部对流和其他可能的流体动力学运动和日益详细的信息，这是由日震数据提供的结构。太阳模型对对流的最基本依赖是固定太阳半径的校准。太阳和太阳模型之间的振荡频率差异的主要原因似乎位于对流区的顶部附近。然而，也有证据表明，对流层以下可能存在弱混合，也许在太阳核心。前者至少可能是由于对流运动渗透到下面的稳定层中而引起的。
1997-02-13 astro-ph
Plumes in stellar convection zones
所有的可压缩对流的数值模拟揭示了强大的向下流动的存在。多亏了日震学，这样的羽流现在也在太阳对流区的顶部被探测到，在超颗粒尺度上。它们的性质可以用泰勒的湍流卷吸假设来粗略地描述，泰勒的湍流卷吸假设在各种条件下都是有效的。使用这个模型，人们发现，强烈的密度分层并不能阻止羽流穿过整个对流区，而且它们向上携带净能量通量（Rieutord & Zahn 1995）。它们在一定程度上渗透到邻近的稳定区域，在那里它们建立了一个几乎绝热的分层。这些羽流对恒星对流区的动力学有很强的影响，它们可能在发电机机制中起着关键作用。
1999-09-16 astro-ph
Large Eddy Simulation of Solar Photosphere Convection with Realistic Physics
利用真实物理模型对太阳表面对流进行了三维大涡模拟。对流运动的热结构进入上层的光球辐射层，对流单体的大小范围，对流的穿透深度进行了研究。太阳光球层的一部分和对流区的上层，一个从0微米到可见表面以下20微米水平延伸60 × 60微米的区域，被认为是。我们从一个现实的初始模型的太阳状态方程和恒星物质的不透明度。求解了具有动力粘性和重力的完全可压缩辐射流体力学方程。我们用途：1）流体力学的高阶守恒TVD格式，2）辐射转移的扩散近似，3）亚网格尺度动力粘性模拟。模拟是在俄罗斯科学院计算中心的超级计算机MVS-15000 BM上的144个具有分布式存储器多处理器的处理器上，在600 x 600的均匀水平网格上进行的，具有168个非均匀间隔的垂直网格点。
2007-10-16 astro-ph
Modelling of Shallow and Inefficient Convection in the Outer Layers of the Sun Using Realistic Physics
为了了解太阳对流区对流能量输运的性质，本文采用真实的状态方程和真实的不透明度，建立了可压缩、辐射耦合、非磁性、重力分层介质中湍流的数值模型。以最小的简化求解了与时间相关的三维流体动力学方程。从本模拟获得的统计信息提供了一个更好的理解太阳光球对流。参数化的太阳对流在浅区域的特征，并与Chan和Sofia的模拟结果的深和有效的对流（Chan和Sofia 1989年）。我们评估的模拟中的部分电离区的重要性，并确认，在整个区域的辐射能量传递是可以忽略不计的，除了在对流区，一个非常高的超绝热区域的最高标度高度。当包括部分电离的影响时，流动的动力学被显著地改变。然而，我们证实了Chan和Sofia的结果，即动能通量是不可忽略的，并且在对流区可以具有负值。
1994-03-22 astro-ph
Simulations of core convection and resulting dynamo action in rotating A-type stars
我们提出的3-D非线性模拟结果的磁发电机行动的核心对流内的A型恒星的2个太阳质量，在一个范围内的旋转速率。我们考虑这类恒星半径的内部30%，球形区域因此包含对流核心和周围辐射包层的一部分。可压缩的纳维-斯托克斯方程，受滞弹性近似，求解检查高度非线性流动，跨越多个尺度的高度，表现出复杂的时间依赖性，并承认磁发电机的行动。初始小种子磁场被发现大大放大的对流和纬向流。在我们的一些先驱流体动力学模拟中发现的旋转速度非常慢的中心柱在一些模拟中继续以较小的程度实现，这种差异旋转是由非线性对流和磁场引起的角动量重新分布引起的。我们评估由此产生的磁场的性质，对流渗透的程度，差分旋转的幅度，和辐射包络内的重力波的激发。
2004-09-28 astro-ph
Effects of boundary conditions on the dynamics of the solar convection zone
最近对日震数据的分析为与扭转振荡有关的各种有趣的动力学行为提供了证据。目前尚不清楚的是，这些振荡是否一直延伸到对流区的底部，如果是这样，对流区顶部和底部的振荡行为是否不同。人们试图在非线性发电机模型的框架内理解这种行为模式，其中包括发电机产生的磁场对太阳角速度的洛伦兹力的非线性作用。这些模型仍然不确定的一个方面是磁场边界条件的性质。在这里，通过采用一系列物理上合理的边界条件，我们表明，对于近临界和适度超临界发电机制度，振荡一直延伸到对流区的底部。因此，这种渗透是所考虑的模型的一个极其稳健的特征。我们还发现参数范围的超临界模型显示时空碎片的边界条件的选择范围。鉴于其观测的重要性，我们还作了比较研究的振幅的扭转振荡的边界条件的函数。
2002-02-23 astro-ph
Looking Deep Within an A-type Star: Core Convection Under the Influence of Rotation
大规模并行超级计算的出现已经开始允许明确的3-D模拟湍流对流发生在早期型主序星的核心。这些研究应补充恒星的结构和演化的努力，到目前为止，主要采用1-D非本地混合长度的运输，混合和超调实现核心对流的描述。我们已经转向A型恒星作为旋转恒星内核心对流所提出的许多动力学挑战的代表。差分旋转和对流，持续的磁发电机行动的可能性，并通过超调运动将新鲜燃料带入核心，从而影响主序列的寿命，所有这些都构成了有趣的动力学问题，需要详细的全球尺度对流模型。利用我们的滞弹性球谐函数（ASH）程序对太阳差旋问题进行了测试，我们进行了一系列的三维球域模拟，对旋转A型恒星的中心区域进行了简化描述，即对流不稳定的核心被稳定的辐射包络所包围。一系列的3--D模拟被用来评估对流的属性（其全球模式，差分旋转，纬向环流，范围和纬度变化的超调）之间的过渡，层流和湍流状态通过改变有效的扩散率，旋转速率，和subadiabaticity的辐射外部。我们报告的属性从这些模型推导出的穿透的程度和持续的对流旋转的轮廓。
2003-02-28 astro-ph
Magnetohydrodynamic Simulation of Solar Supergranulation
利用真实物理模型对太阳表面对流进行了三维磁流体动力学大涡模拟。研究了磁场对对流运动进入辐射层的热结构、对流单体尺寸范围和对流穿透深度的影响。我们模拟了太阳光球的一部分和对流区的上层，一个从0毫米到18毫米的可见表面以下的水平延伸30 × 30毫米的区域。我们求解了具有动力粘性和重力的完全可压缩辐射磁流体力学方程。用途：数值模拟采用：1）太阳的真实初始模型和恒星物质的状态方程和不透明度，2）求解磁流体力学的高阶守恒TVD格式，3）求解辐射转移的扩散近似，4）从亚网格尺度模拟计算动力学粘性。模拟是在俄罗斯科学院具有分布式存储多处理器的超级计算机MBC-1500的128个处理器上进行的，在320 × 320的水平均匀网格和144个非均匀间隔的垂直网格点上进行。
2006-05-24 astro-ph
Large-scale dynamos in rigidly rotating turbulent convection
通过对旋转可压缩对流的三维数值模拟，研究了无剪切的刚性旋转湍流对流中大尺度发电机的存在性。我们证明，旋转的笛卡尔域中的对流可以驱动一个大规模的发电机，即使在没有剪切。在饱和状态下，大尺度场占总场的很大一部分。模拟结果进行了比较与一维平均场发电机模型，其中湍流传输系数，使用测试场法确定。在早期的研究中，没有大规模发电机作用的原因是由于旋转太慢：而α效应可以改变符号，其大小保持近似恒定的旋转函数，湍流扩散率随着旋转的增加而单调下降。只有当旋转足够快时，才能激发大型发电机。一维平均场模型与发电机系数从测试场结果预测相当不错的直接模拟中的发电机激励。这一结果进一步验证了测试场的程序，并加强了解释，所观察到的发电机是由湍流α效应。这一结果证明了自然强迫下α效应和α ^2发电机的存在。
2009-07-29 astro-ph
Solar Multi-Scale Convection and Rotation Gradients Studied in Shallow Spherical Shells
从日震学推导出的太阳自转差，在对流区顶部附近有一个显著的径向剪切层，其中角速度的负径向梯度在跨越太阳半径外5%的低纬度和中纬度地区很明显。超颗粒化和相关尺度的湍流对流可能在维持这种径向梯度方面发挥重要作用，并可能以尚不清楚的方式影响全球尺度的动力学。为了研究这种动力学，我们构建了一系列三维数值模拟的湍流可压缩对流球壳内，处理浅域，使这种建模计算上容易处理。这些模拟是第一个模型的太阳对流在一个球形的几何形状，可以明确解决最大的动力学尺度的系统（太阳半径的顺序），以及较小规模的对流翻转运动的大小与太阳supergranulation（20- 40 Mm）。我们发现这些模拟中的对流跨越很大范围的水平尺度，并且这些模型中的径向角速度梯度通常为负，特别是在低纬度和中纬度地区。角动量输运的分析表明，这种梯度是由与对流相关的雷诺应力维持的，向内输送角动量以平衡由粘性扩散和大规模流动在对流平面中实现的向外输送。我们认为，类似的机制与太阳中的小尺度对流可能有助于维持所观察到的径向剪切层位于太阳光球层下方。
2002-09-03 astro-ph
Magnetic field confinement by meridional flow and the solar tachocline
我们表明，MHD理论，解释了太阳的速度跃层的磁场的影响，可以与化石场在太阳内部的衰变模式，如果对流区的对流稍微穿透下面的辐射区。约10 m/s的向赤道流动穿透到对流区以下1000 km的最大深度，能够在速跃层区域产生几乎水平的场线，使得内部场几乎完全局限于辐射区。差异太阳自转理论确实提供了约10 m/s的纬向流和< 1000 km的渗透深度，其粘度值是稳定速跃层的特征。
2006-03-16 astro-ph
Global-Scale Turbulent Convection and Magnetic Dynamo Action in the Solar Envelope
太阳全球发电机的运作似乎涉及许多动力学要素。自洽MHD模拟，现实地将所有这些过程还没有计算上可行的，虽然有些元素现在可以研究与合理的保真度。在这里，我们考虑的方式，在太阳对流区的大部分湍流可压缩对流可以产生大规模的磁场通过发电机行动。我们完成了这一点，通过一系列的三维数值模拟旋转球壳内的MHD对流使用我们的ASH代码在大规模并行超级计算机。由于差分旋转是所有发电机模型中的一个关键因素，我们也在这里研究的旋转配置文件的性质，可以维持在深对流区的强磁场的建立和维护。我们发现，对流是能够保持类似太阳的角速度的档案，尽管麦克斯韦应力的影响，往往反对雷诺应力，从而减少整个对流区的纬向角速度对比度。发电机产生的磁场表现出复杂的结构和演变，径向场集中在下流通道中，而环形场组织成扭曲的带状物，这些带状物在纵向上延伸，并且达到高达5000 G的场强。流和场表现出大量的动力学和磁螺旋度，虽然系统的半球形图案只在前者明显。波动场支配着磁能，并通过洛伦兹力解释了对流动的大部分反作用。平均场相对较弱，不像太阳那样表现出系统的纬向传播或周期性的极性反转。这可能是由于缺乏速跃层。
2006-10-03 astro-ph
Turbulent Convection in Stellar Interiors. I. Hydrodynamic Simulation
我们描述了三维（3D）数值模拟的结果，旨在研究恒星内部的湍流对流，并将其与恒星混合长度理论（MLT）进行比较。在流动形态和速度幅度方面，2D中的模拟与3D中的模拟有显著不同。对流混合区更好地预测使用[动态边界条件]的基础上批量理查森数比纯粹的本地，静态的标准，如史瓦西或勒杜。MLT对混合长度为$\sim 1.1 H_p$的壳层对流的速度尺度和温度梯度给出了很好的描述，然而，还有其他重要的影响，它没有捕捉到边界附近。对流“过冲”最好描述为对流边界的弹性响应，而不是湍流涡旋对稳定层的弹道穿透。我们发现，材料夹带在边界处进行的速率与类似的实验室实验以及陆地大气混合的模拟和观测是一致的。特别是，归一化夹带率E= $u_E/σ_H$，是很好地描述了一个幂律依赖于散装理查森数$Ri_B = Δb L/σ_H^2$的条件下研究，$20\lesssim Ri_B \lesssim 420$。我们发现$E = A Ri_B^{-n}$，最佳拟合值，$\log A = 0.027 \pm 0.38$，和$n = 1.05 \pm 0.21$。我们讨论了这些结果对恒星演化计算的适用性。
2006-11-09 astro-ph
Numerical simulations of surface convection in a late M-dwarf
基于详细的二维和三维辐射流体动力学（RHD）数值模拟，我们研究了一个典型的晚型M矮星（Teff~ 2800 K log（g）=5.0，太阳化学成分）对流表面层的动力学和热结构。RHD模型预测的恒星颗粒在性质上类似于熟悉的太阳模式。颗粒单体的对流翻转时间尺度约为100 s，水平尺度约为80 km，颗粒状结构的相对强度对比度为1.1%，垂直速度均方根最大可达240 m/s。在较高的，正式对流稳定的大气层中的辐射平衡的偏差被发现是微不足道的，允许一个可靠的建模与一维标准模型大气的大气。混合长度参数α =2.1提供了RHD模型大气的平均热结构的最佳表示，而当拟合恒星包层α =1.5的更深层遇到的渐近熵时，或者当匹配垂直速度场α =3.5时，发现了替代值。RHD和标准模型大气之间的密切对应关系意味着，目前存在的观测和预测的恒星颜色之间的差异，在M-矮星制度不能追溯到一个不充分的处理对流的一维标准模型。RHD模型预测的对流混合区域超出正式史瓦西稳定边界，这提供了在较冷（褐矮星）的大气中的尘埃颗粒的分布的暗示适度的扩展。
2002-08-30 astro-ph
Solar Turbulence and Magnetism Studied Within a Rotating Convective Spherical Shell
我们讨论了最近取得的进展，在模拟复杂的磁流体动力学的太阳使用我们的滞弹性球谐函数（ASH）代码。我们已经进行了广泛的3-D模拟旋转球壳中的可压缩对流和没有磁场，研究全球尺度的对流和旋转之间的耦合，以寻求了解太阳差旋转是如何建立和维持。这种能够研究相当湍流对流的模拟已经通过大规模并行超级计算机实现。所产生的对流内的域，捕获的对流区的大部分的一个很好的部分是高度依赖于时间和复杂的，是由间歇性的上升流和网络的强下降流为主。一个高度的相干结构，包括下降的羽流可以嵌入在否则混乱的流场。这些涡旋结构在产生雷诺应力中起着重要作用，雷诺应力用于重新分配角动量，导致极赤道角速度对比度约为30%的差分旋转剖面$Ω$，以及中纬度沿径向线的一些恒定性，从而与日震学的推论有很好的联系。当引入磁场时，可以发现发电机状态不会破坏在纯流体动力学情况下实现的强微分旋转。发现磁场集中在下行网络周围，并具有显著的南北不对称性和螺旋性。
2003-02-28 astro-ph
Simulations of core convection in rotating A-type stars: Differential rotation and overshooting
我们给出了2个太阳质量的A型恒星在一定旋转速率范围内核心对流的3D模拟结果。我们考虑这类恒星半径的内部30%，从而包括对流核心和周围的辐射包层。我们利用我们的滞弹性球谐函数（ASH）代码，它解决了可压缩的纳维-斯托克斯方程的滞弹性近似，检查高度非线性流动，可以跨越多个尺度高度。这些恒星的核心被发现旋转差异，与中心的圆柱形区域的惊人的缓慢旋转实现在我们的模拟恒星的对流Rossby数（R_{oc}）小于1。这种差异旋转的结果是角动量的重新分配的非线性对流，强烈感觉到整体旋转的恒星。穿透对流运动延伸到上覆的辐射区，产生一个扁长的形状（与旋转轴对齐）的中心区域，其中几乎绝热分层实现。该区域进一步被过冲运动区域包围，赤道处的过冲运动范围大于两极，使该区域总体呈球形，至少经历了一些对流混合。我们评估了辐射外部稳定性变化时的过冲，以及导致该外部的弱环流。对流羽流在辐射包层中激发出重力波，从许多尺度的局部波纹到一些显著的全球共振。
2003-09-30 astro-ph
Large-scale dynamos in turbulent convection with shear
目的：利用三维数值模拟方法研究了水平剪切作用下的可压缩穿透对流的发电机作用和大尺度磁场的产生。研究方法：我们考虑的情况下，在没有剪切和旋转的情况下，磁雷诺数是边际或适度超临界相对于小规模发电机的行动。通过比较具有开放和封闭边界的磁场的结果，研究了磁螺旋度通量的影响。结果如下：没有剪切，即使系统中存在α效应（旋转和分层）所需的成分，也找不到大规模的发电机。如果边界是开放的，当加入均匀的水平剪切时，就会产生大尺度的磁场。在这种情况下，平均磁场包含总磁场的重要部分。对于那些运行的磁雷诺数是在60和250之间，小规模的发电机预计将被激发，但场分布被发现是类似的情况下，较小的磁雷诺数的小规模发电机不被激发。在封闭的（完美的导电）边界的情况下，磁螺旋度通量被抑制，没有大规模的fields.Similarly，穷人的大规模领域的发展被认为是当垂直剪切与周期性的边界条件相结合，在水平方向上。然而，如果在x方向上使用开放（正常场）边界条件，则会产生大尺度场。这些结果支持的概念，剪切不仅有助于产生的领域，但它也起着至关重要的作用，在驱动磁螺旋度通量的系统沿等值线的剪切，从而使有效的发电机行动。
2008-10-06 astro-ph
The evolution of AGB stars with convective overshoot
详细研究了扩展对流混合（过冲）对渐近巨星分支恒星演化的影响。扩展混合被处理的时间依赖性，和效率下降的几何距离对流边界的指数。它已被认为是在所有的对流边界，包括氦闪对流区的壳间区域，形成在热脉冲。结构和化学演化都受到过冲的影响。主要结果包括一个非常有效的第三次挖掘，导致形成低质量和低光度的碳星。在第三次向上挖掘到达富C12壳层间之后，可以形成C13袋，其可以作为s过程的中子源。脉冲驱动的对流区在He闪光过程中施加的过冲导致更深的渗透到C/O核心下面的He燃烧壳的对流区的底部。这反过来又导致He 4在中间壳层中的丰度较低，而C12和O 16与无过冲的计算相比更丰富。我们发现，在He闪对流区以及在信封对流的基础上的过冲提高了第三次疏浚的效率。介绍了AGB星结构和化学演化的特征。
2000-07-11 astro-ph
