恒星深层大气中的有效湍流可压缩对流

湍流可压缩对流的大涡模拟：太阳对流区的差异旋转

A Large Eddy Simulation of Turbulent Compressible Convection: Differential Rotation in the Solar Convection Zone

我们提出了两个模拟的对流区，通过求解完整的流体动力学方程在一个节的球壳的结果。第一个模拟有圆柱形旋转轮廓（平行于旋转轴）和一个强大的纬向环流，贯穿整个深度。第二个模拟有圆柱体和圆锥体之间的等旋等高线，以及一个弱的回旋环流，集中在壳体的最上部。我们发现，太阳差异旋转是直接相关的纬度熵梯度，渗透到对流区的深层。我们还提供了一个解释的角速度剪切发现在低纬度附近的顶部。径向和纬向速度波动之间的非零相关性在该区域产生显著的雷诺应力。这构成了角动量向内的净输送，这导致了顶部附近差动旋转的整体结构的轻微修改。本质上，{ \it热力学通过泰勒-普劳德曼动量平衡控制动力学}。雷诺应力仅在表层变得显著，在那里它们产生弱的纬向环流和角速度“颠簸”。

从太阳对流的三维模拟看湍流对流区内的耗散

On Dissipation inside Turbulent Convection Zones from 3D Simulations of Solar Convection

太阳对流的二维和三维模拟的发展导致了对流的图片完全不同于通常假设的柯尔莫哥洛夫谱湍流。我们调查的对流区的耗散特性，参数化的有效粘性系数的变化结构的影响。我们使用Goodman & Oh 1997开发的扩展处理，应用于太阳对流的数值模型（Robinson et al. 2003）来计算作为频率函数的有效粘度，并将其与基于Kolmogorov湍流假设的现有处方（Zahn 1966，Goldreich & Keeley 1977）进行比较。结果与周期的线性标度相当接近，尽管同样的形式主义应用于涡旋的柯尔莫哥洛夫谱给出了幂律指数为5/3的标度。

旋转对发展湍流分层对流的影响：流体动力螺旋度、α效应和有效漂移速度

Effect of Rotation on a Developed Turbulent Stratified Convection: the Hydrodynamic Helicity, the Alpha-Effect and the Effective Drift Velocity

本文研究了旋转对发展的湍流分层对流的影响。发现流体动力学螺旋度、α张量和平均磁场的有效漂移速度对旋转速率和湍流对流的各向异性的依赖性，表明在各向异性的湍流对流中，α效应可以随旋转速率改变其符号。在旋转湍流对流中，平均磁场的有效漂移速度的不同性质被发现，例如，环向磁场和极向磁场的有效漂移速度存在差异;环向有效漂移速度可以起到附加的差动旋转的作用。这些影响和一个非零发散的有效漂移速度的环形磁场上的磁发电机的效果进行了研究。天体物理的应用所获得的结果进行了讨论。

非旋转湍流对流中的大尺度不稳定性

Large-scale instabilities in a non-rotating turbulent convection

研究了湍流对流中大尺度不稳定性激发下大尺度相干结构的形成。非均匀大尺度运动引起的湍流热通量的重新分布对湍流对流中拟序大尺度结构的形成起着至关重要的作用。的湍流热通量的修改结果在强烈的减少的临界瑞利数（基于涡动粘度和湍流温度扩散率）所需的激发的大规模的不稳定性。数值求解了描述大尺度不稳定性的平均场方程。确定了影响湍流对流中大尺度相干结构形成的关键参数。特别是，热各向异性和横向背景热通量的程度强烈修改的增长率的大规模的不稳定性，所产生的对流剪切波的频率和改变的阈值所需的大规模的不稳定性的激发。本研究阐明了大气对流边界层中大尺度环流和滚动以及太阳对流中的中颗粒结构的起源。

湍流对流中的磁涨落和大尺度非均匀磁结构的形成

Magnetic fluctuations and formation of large-scale inhomogeneous magnetic structures in a turbulent convection

本文研究了在大磁雷诺数的发展湍流对流中，由速度涨落引起的平均磁场缠结所产生的磁涨落。我们发现，只有当平均磁场小于$B_{eq} / 4 Rm^{1/4}$时，磁涨落的能量才依赖于磁雷诺数，其中$B_{eq}$是由湍流动能决定的均分平均磁场，Rm是磁雷诺数.在非零平均磁场作用下，湍流对流中磁涨落的产生导致湍流总压的降低，甚至在原来均匀的平均磁场中也可能形成大尺度的非均匀磁结构。这种效应是由湍流对流对有效平均洛伦兹力的负贡献引起的。大尺度不稳定性的激发形成了不均匀的大尺度磁场。这种不稳定性的能量是由小尺度湍流对流提供的。所讨论的效应可能有助于了解太阳不均匀磁场的起源，例如，太阳黑子

湍流对流中的小尺度磁浮力和磁泵效应

Small-scale magnetic buoyancy and magnetic pumping effects in a turbulent convection

本文确定了湍流对流中平均磁场的非线性漂移速度和非线性湍流磁扩散。我们证明了非线性漂移速度是由三种非均匀性引起的，非均匀湍流、非均匀流体密度和非均匀湍流热通量。非均匀湍流导致了众所周知的湍流反磁和顺磁速度。平均磁场的非线性漂移速度引起湍流对流中的小尺度磁浮力和磁泵效应。这些现象与大尺度密度分层流体流动中由于平均磁场的影响而产生的大尺度磁浮力和磁泵效应不同。当平均磁场小于均分场时，小尺度的磁浮力和磁泵效应可能比大尺度的磁浮力和磁泵效应更强。我们讨论了太阳和恒星湍流对流背景下的小尺度磁浮力和磁泵效应。我们还证明了即使在弱平均磁场下，湍流对流中的非线性湍流磁扩散也是各向异性的。特别地，其在径向方向上增强。小尺度发电机引起的磁场涨落增加了平均磁场环向分量的湍流磁扩散，而不影响极向场的湍流磁扩散。

作为恒星湍流对流探测器的类太阳振荡振幅和线宽

Solar-like oscillation amplitudes and line-widths as a probe for turbulent convection in stars

类太阳振荡的激发归因于湍流对流，并且发生在外对流区的最上部。这些振荡的振幅取决于激发过程的效率以及湍流对流的性质。我们提出了过去和最近的改进这些过程的建模。我们展示了模式振幅和模式线宽如何在太阳和阿尔法Cen A的特定情况下带来湍流信息。

可压缩低β等离子体中的弱湍流MHD波

Weakly Turbulent MHD Waves in Compressible Low-Beta Plasmas

本文利用弱湍流理论研究了无碰撞低β等离子体中Alfven波与快、慢磁声波的相互作用。从磁流体动力学方程出发，推导出波动方程，并加入附加项，建立了无碰撞阻尼模型。这些方程用于提供各种非线性过程的定量描述，包括“平行”和“垂直”的能量级联，波类型之间的能量传递，“相位混合”，以及产生背散射阿尔芬波。

湍流对流：力矩方程与数值模拟的比较

Turbulent convection: comparing the moment equations to numerical simulations

可压缩对流的非局部水动力矩方程进行了比较，数值模拟。对流和辐射通量通常偏离小于20%的三维模拟，而平均热力学量是准确的，至少为2%的情况下，我们已经调查。在标准工作站上，力矩方程只需几分钟而不是几天即可求解。我们的结论是，这种对流模型有可能大大提高恒星的信封和核心，特别是A和F星的对流区的建模。

经典变星中的湍流对流

Turbulent Convection in the Classical Variable Stars

我们给出了对流造父变星和RR型天琴座模式脉动的现状报告。一些惊人的成功，可以报告，尽管使用一个相当简单的处理湍流对流与一维时间依赖的湍流能量扩散方程。现在可以在造父变星和RR型天琴座模型中获得稳定的双模（拍）脉动，其天体物理参数，即周期和振幅比，与观测结果一致。然而，湍流对流模式，有困难，使全球一致的意见。特别是，麦哲伦云造父变星，已被观察到与微透镜项目施加了新的观测限制，因为低金属的MC。

湍流对流次声产生

Infrasound generation by turbulent convection

研究了低频声波的产生，考虑了分层、背景速度剖面的不均匀性和温度波动的影响。结果表明，对流风暴的典型参数的偶极辐射有关的温度不均匀性至少是相同的顺序Lighthill的四极源的辐射。它还表明，与分层的源可能有价值的贡献，而其他一些源被证明是无效的。

热通量对湍流对流中微分旋转的影响

Effect of heat flux on differential rotation in turbulent convection

本文研究了旋转湍流对流中湍流热通量对雷诺应力的影响。为此，我们解决了耦合系统的动力学方程，其中包括雷诺应力，熵波动和湍流热通量的方程。我们使用了频谱$τ$近似，以关闭系统的动力学方程。结果表明，湍流热通量和各向异性涡粘性对雷诺应力的贡献之比为$\sim 10 (L_ρ/ l_0)^2$量级，其中$l_{0}$为湍流运动的最大尺度，$L_ρ$为流体密度变化尺度。这种效应对于差自转的形成至关重要，在太阳、恒星和行星的差自转理论中应予以考虑。特别地，我们证明了这种效应可能导致与典型的太阳差异旋转相当的差异旋转。

对流理论和太阳光球层中turbulence的光谱

Theories of convection and the spectrum of turbulence in the solar photosphere

经典的湍流理论不能准确描述湍流对流的惯性范围标度律，尤其不能模拟太阳光球对流的湍流谱形状。为了理解这些差异，详细研究了湍流Rayleigh-Bénard对流的尺度预算，特别强调各向异性和不均匀性。导出了适用于对流的广义Kolmogorov方程，并利用湍流Boussinesq对流的数值模拟计算了其各项。对方程各向同性部分的分析表明，三阶速度结构函数受浮力强迫和大尺度不均匀性的显著影响。各向异性的贡献，这个方程也被证明是可比的，他们的各向同性对应在中等规模到大规模。这些结果对流在太阳光球，mesogranulation和supergranulation的影响进行了讨论。

滞弹性湍流对流新的三维谱模拟的初步结果

First Results From New 3D Spectral Simulations Of Anelastic Turbulent Convection

我们采用Barranco & Marcus（2006）的滞弹性谱程序来模拟湍流对流层，目的是研究湍流涡旋在耗散外部剪切（例如潮汐）方面的有效性。我们推导出滞弹性方程，展示了我们用来发展这些方程的时间积分方案，并给出了我们运行的测试，以确认我们的代码符合我们的预期。此外，我们采用微扰的方法来找到一个近似缩放的有效涡粘性与频率，并发现它是在一般协议通过应用相同的程序，以现实的模拟太阳对流区的上层所获得的估计。

变星II的湍流对流和脉动稳定性。RR天琴座和水平支红变星的振动

Turbulent Convection and Pulsational Stability of Variable Stars II. Oscillations of RR Lyrae and Horizontal Branch Red Variable Stars

使用非局部的含时对流理论，我们计算了水平分支（HB）星的线性非绝热振荡，对流和振荡之间的动力学和热力学耦合仔细处理。湍流压力和湍流粘性一直包含在我们的非绝热脉动方程中。当忽略对流和振荡之间的耦合时，对于Teff <= 7350的所有模型，基波到第二泛音都是脉动不稳定的;而对于Teff <= 6200的所有模型都是不稳定的，直到（至少）第九泛音。当对流和振荡之间的耦合被包括在内时，RR Lyrant不稳定带是非常好的预测。在条带内，大多数模型仅对于基频和前几个泛音是脉动不稳定的。湍流粘性是一种重要的阻尼机制。与明亮的红色变星（长周期变星）完全不同，RR带右侧的HB星在基频和低阶泛音上是脉动稳定的，但在某些高阶泛音上变得不稳定。这可能为在球状星团的H-R图上RR带的红边之外发现短周期、低振幅的红变星提供了有价值的线索。此外，我们提出了一种新的辐射调制激发机制在辐射通量梯度区的运作。讨论了非局部对流的影响以及对流与振荡的动力学耦合。脉动计算中热变量的空间振荡得到了有效的抑制。

Direct Calculation of the Turbulent Dissipation Efficiency in Anelastic Convection

The current understanding of the turbulent dissipation in stellar convective zones is based on the assumption that the turbulence follows Kolmogorov scaling. This assumption is valid for some cases in which the time frequency of the external shear is high (e.g., solar p modes). However, for many cases of astrophysical interest (e.g., binary orbits, stellar pulsations, etc.), the timescales of interest lie outside the regime of applicability of Kolmogorov scaling. We present direct calculations of the dissipation efficiency of the turbulent convective flow in this regime, using simulations of a…

大尺度可压缩磁流体动力学turbulence加速高能粒子

Acceleration of energetic particles by large-scale compressible magnetohydrodynamic turbulence

在湍流等离子体中沿着磁场线扩散的快速粒子可以在湍流中的涡流随机化之前多次扩散通过并且然后返回到同一涡流。这导致了增强的颗粒加速度的大规模可压缩湍流相对于以前的估计，其中各向同性的颗粒扩散假设。

Large-scale dynamos in rigidly rotating turbulent convection

The existence of large-scale dynamos in rigidly rotating turbulent convection without shear is studied using three-dimensional numerical simulations of penetrative rotating compressible convection. We demonstrate that rotating convection in a Cartesian domain can drive a large-scale dynamo even in the absence of shear. The large-scale field contains a significant fraction of the total field in the saturated state. The simulation results are compared with one-dimensional mean-field dynamo models where turbulent transport coefficients, as determined using the test field method, are used. The rea…

超音速、紊流、可压缩流中的扩散

Diffusion in supersonic, turbulent, compressible flows

我们研究超音速、紊流、可压缩流中的扩散。超声速湍流可以表征为相互作用的激波网络。我们考虑具有不同均方根马赫数的流动，并且在不同的空间尺度上插入维持动力学平衡所需的能量。我们发现，湍流输运表现出超扩散行为，由于诱导体运动。然而，在共动参考系中，扩散行为是正常的，可以用扩展到超音速区域的混合长度理论来描述。