Excitation of stellar p-modes by turbulent convection: 1. Theoretical formulation
研究了湍流对流对恒星振荡的随机激发，导出了外层湍流对流注入振荡的功率的表达式，该表达式考虑了湍流雷诺应力和湍流熵涨落的激发。这个公式概括了以前的工作的结果，并建立，以便使调查各种可能的空间和时间谱的恒星湍流对流。对于雷诺应力的贡献，并假设Kolmogorov谱，我们得到一个类似的制定比以前的作者。发现熵对激发的贡献源于湍流速度场对欧拉熵波动的平流。在太阳的情况下，在配套文件中的数值计算表明，熵源项是占主导地位的模式激励的热应力的贡献，除了在高频率。
2001-02-07 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
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。
2006-07-03 astro-ph
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。
2002-09-26 astro-ph
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。
2006-10-31 astro-ph
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
2007-10-26 astro-ph
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。
2006-05-18 astro-ph
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。
2006-11-24 astro-ph
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。
1999-09-20 astro-ph
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。
1999-09-01 astro-ph
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。
2004-09-15 astro-ph
Mesoscale flows in large aspect ratio simulations of turbulent compressible convection
本文给出了一个非常大的纵横比（42.6）的数值模拟结果，模拟了多变大气中的完全可压缩湍流对流，并着重讨论了大尺度流动的性质。中尺度模式主导湍流能量谱。我们发现，这些结构，已经观察到的Boussinesq模拟Cattaneo等人（2001），有一个真正的对流起源，并不直接从集体相互作用的较小规模的流动，即使他们的增长强烈影响非线性传输。如果这一结果与太阳光球层有关，则表明太阳表面以下的主要对流模式可能处于中尺度。
2006-11-28 astro-ph
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。
2006-02-24 astro-ph
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。
2006-11-28 astro-ph
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。
1997-10-05 astro-ph
Efficient Turbulent Compressible Convection in the Deep Stellar Atmosphere
本文报道气体动力学BGK格式在恒星内部湍流可压缩对流计算中的应用。在将亚网格尺度湍流模型（SGS）引入BGK方案后，我们测试了数值参数对初始重力分层的恒星大气中热力学变量之间的定量关系、涨落和相关性的影响。比较表明，热性能和动力性能分别由数值模型的不同方面决定。SGS模型$c_μ=0.25$中的可调Deardorff常数和气体动力学BGK方案$C_2=0$中的人工粘度幅度适合于当前的研究。我们还计算了Xiong（\cite{xiong77}）湍流恒星对流理论中的密度加权自相关函数和互相关联函数，并在此基础上对非定域输运的梯度型模型和湍流的各向异性进行了初步研究。这些模型没有普遍的关系或常数参数。
2008-07-17 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
Turbulent Convection in Stellar Interiors. II. The Velocity Field
我们分析恒星对流的三维流体动力学模拟的帮助下，引入湍流级联到我们的理论分析。我们设计封闭的Elbolds分解的平均场方程的模拟（我们涉及温度和密度波动通过系数）的简单物理建模;的程序（CABS，对流算法基于模拟）是terrestrially可测试的，是适合系统的改进。我们开发了一个湍流动能方程，其中包含非本地和时间相关的条款，是适当的，如果对流过境时间短于演变的时间尺度。天体物理学中通常使用的混合长度理论（MLT）的解释是不正确的; MLT迫使混合长度是一个强加的常数。直接试验表明，与流动有关的阻尼是Kolmogorov提出的。涡的大小近似为对流区的深度，而这个耗散长度对应于“混合长度”。在恒星演化方程中应该出现湍流耗散引起的局部加热的新项。焓通量（对流光度）直接与浮力加速度有关，因此也与速度尺度有关。MLT倾向于系统性地低估这个速度尺度。与各种3D模拟的定量比较揭示了先前公认的一致性。应用于恒星演化的例子将在本系列的后续论文中介绍。
2008-11-25 astro-ph
