Flux concentrations in turbulent convection
我们目前的初步结果，从高分辨率磁对流模拟，我们发现形成的磁通量浓度从一个最初的均匀磁场。我们计算的有效磁压力，但发现浓度也出现在它是积极的地方。该结构出现在大约十个对流周转时间和生活接近湍流扩散时间。的时间尺度是兼容的负有效磁压不稳定性（NEMPI），虽然结构的形成并不局限于有效磁压为负的区域。
2012-11-13 astro-ph.SR
Turbulent convection and pulsation stability of stars - I. Basic equations for calculations of stellar structure and oscillations
本文从流体力学方程出发，遵循经典的Alfredold湍流处理方法，建立了一组平均流的流体力学方程和一组湍流速度和温度脉动自相关和互相关的动力学方程。这两组方程的结合，得到了一个完整的、自洽的数学表达式，为计算恒星的结构和振荡做好了准备。本文简要介绍了湍流对流的非定域性和各向异性，并对算法中的三个对流参数（$c_1$、$c_2$和$c_3$）进行了定义和标定。利用非局部对流理论，通过数值解揭示了对流包络的结构和非绝热线性振荡的主要特征。对模型中对流参数和脉动不稳定性的选择作了大量的研究，结果表明：在大范围的对流参数（$c_1$，$c_2$和$c_3$）范围内，脉动稳定性的主要性质保持不变。
2018-08-29 astro-ph.SR
Effects of anisotropy of turbulent convection in mean-field solar dynamo models
我们研究了湍流对流的各向异性如何影响大尺度磁场的扩散和太阳上的发电机过程。在平均场磁流体力学框架中使用最小的$τ$近似计算各向异性的影响。我们研究两种类型的平均场发电机模型：著名的基准通量传输模型，和一个分布式发电机模型与地下旋转剪切层。对于这两个模型，我们调查的双细胞纬向环流的影响，最近提出的日震学。我们引入了一个各向异性参数，作为湍流混合的径向和水平强度的比值，来表征各向异性效应。研究发现，湍流对流的各向异性影响对流区内部的磁场分布。各向异性越强，对流区底部和顶部边界附近的磁通量越集中。结果表明，当各向异性参数较大时，临界发电机数和发电机周期趋于常数。各向异性减少了时间-纬度"蝴蝶“图中后续周期的环形场的重叠。如果我们假设太阳黑子是在次表层剪切层附近形成的，那么具有各向异性扩散率的分布式发电机模型满足日震学结果的观测约束，并且与从表面磁场的动态估计的有效湍流扩散值一致。
2013-11-21 astro-ph.SR
Cyclic magnetic activity due to turbulent convection in spherical wedge geometry
我们报告的模拟湍流，旋转，分层，磁流体动力学对流球楔几何形状。一个初始的小规模，随机的，弱振幅的磁场被放大了几个数量级的模拟过程中，形成振荡的大规模领域中的饱和状态的发电机。差异旋转是太阳一样的（快赤道），但既不相干的纬向极向环流，也没有近地面切变层的发展，在这些运行。除了纬度50度以外的磁极分支外，我们还首次在纬度20度附近发现了明显的赤道分支，这让人想起了太阳周期。
2013-11-18 astro-ph.SR
Three-equation turbulent convection models in classical variables
ELTE Eötvös Loránd University（厄特沃什·罗兰大学）；HUN-REN Research Centre for Astronomy and Earth Sciences（匈牙利研究科学院天文学与地球科学研究院）；Konkoly Observatory（孔科利天文台）；MTA Centre of Excellence（匈牙利科学院卓越中心）；Eötvös Loránd University, Institute of Physics and Astronomy（厄特沃什·罗兰大学物理与天文学研究所）；MTA–HUN-REN CSFK Lendület "Momentum" Stellar Pulsation Research Group（匈牙利研究科学院天文学与地球研究院脉冲星研究小组）
本文将Kuhfuss的三式湍流对流模型应用于径向恒星脉动建模，通过引入非局部方程和改进的闭合方法，提高了对多维结果的近似精度。
2026-01-08 astro-ph.SR
Upward Overshooting in Turbulent Compressible Convection. III. Calibrate Parameters for One-dimensional Reynolds Stress Model
在本文中，我们校准系数的一维雷诺应力模型的三维数值模拟中产生的数据向上过冲湍流可压缩对流。结果表明，标定后的对流和各向同性系数与纯对流区的标定结果基本一致。然而，校准的扩散系数显着不同，从那些校准在纯对流区。我们猜想边界引起的扩散效应比邻近的稳定区引起的扩散效应更强。我们已经检验了下梯度近似的有效性。我们发现下梯度近似对三阶矩的预测是不令人满意的。然而，对它们的衍生物的预测要好得多。这说明了雷诺应力模型应用于实际恒星的合理性。利用校正系数，求解了雷诺应力模型下的非局部湍流方程组。我们发现，雷诺应力模型已经成功地产生了热调整层和湍流耗散层，这是确定在三维数值模拟。建议用温度扰动自相关的拐点和Péclet数分别作为衡量热调节层和湍流耗散层发展程度的指标。这一结果对雷诺应力模型在一维恒星结构和演化模型中的应用具有实际指导意义。
2020-06-15 astro-ph.SR
A model of the entropy flux and Reynolds stress in turbulent convection
我们提出了一个封闭模型的熵和动量的天体物理湍流的运输，旨在应用于旋转恒星对流区。我们的封闭模型首次提出的Boussinesq形式主义，并与实验室和数值实验结果Rayleigh-Benard对流和均匀Rayleigh-Benard对流。在缓慢旋转的情况下，湍流的角动量输运性质的预测恢复众所周知的拉姆达效应，与对流热通量的幅度唯一相关。然后，该模型扩展到滞弹性的情况下，以及完全可压缩的情况。在球对称的特殊情况下，预测的径向热通量是等效的混合长度理论。对于旋转的恒星，我们的模型描述了热和角动量的耦合传输，并提供了一个统一的形式主义，在其中研究恒星对流区的微分旋转和热不均匀性。
2010-04-19 astro-ph.SR
Turbulent mixing and layer formation in double-diffusive convection: 3D numerical simulations and theory
双扩散对流（英语：Double diffusive convection），在天体物理学中常被称为半对流，发生在热力和成分分层的系统中，根据勒杜判据是稳定的，但根据施瓦茨柴尔德判据是不稳定的。到目前为止，这个过程已经得到了相对较少的关注，它的属性仍然没有得到很好的约束。在本文中，我们提出并分析了一组三维模拟这种现象在笛卡尔域下的Boussinesq近似。我们发现，在某些情况下，双扩散对流饱和成均匀湍流的状态，但湍流通量的几个数量级小于预期的直接翻转对流。在其他情况下，系统迅速自发地形成紧密堆积的热组成层，这些层随后相继合并，直到留下一个单层。我们比较我们的模拟输出与现有的理论层形成的海洋环境中，并发现模型和我们的结果之间非常好的协议。热混合速率和成分混合速率在层形成期间显著增加，并且随着每次合并甚至进一步增加。我们发现，通过楼梯的热通量是一个简单的层的高度的函数。最后，我们提出了一种新的方法来研究运输的天体物理学中的双扩散对流。
2010-12-03 astro-ph.SR
Testing the core overshooting mixing described by the turbulent convection model on the eclipsing binary star HY Vir
日震研究建议将湍流对流模式（TCM）应用于对流超射。利用TCM确定的过冲区的湍流速度，可以将过冲混合视为扩散过程，从而导致不完全混合。结果表明，这种处理可以改善太阳声速和疏散星团中的Li耗尽。为了研究TCM能否应用于恒星对流核外的过冲混合，采用食双星HY Vir的新观测资料对过冲混合参数进行了标定。主要结论如下：（i）TCM参数和过冲混合参数在太阳情况下也适用于食双星HY Vir;（ii）不完全混合导致氢丰度的连续分布;（iii）氢丰度变化区域的e折叠长度在恒星演化过程中增加。
2012-11-01 astro-ph.SR
Cross helicity and turbulent magnetic diffusivity in the solar convection zone
在密度分层的湍流介质中，交叉螺旋度<u '. B'>被认为是速度涨落与大尺度磁场相互作用的结果。通过准线性理论和数值模拟，我们发现交叉螺旋度和平均垂直磁场是反相关的。在高导极限下，螺旋度与平均磁场之比等于磁涡扩散率与（已知）密度标度高度之比。该结果可用于预测太阳表面的交叉螺旋度超过1高斯km/s。其符号与径向平均磁场的符号反相关。或者，我们可以使用我们的结果来确定的湍流磁扩散率的值从观测的交叉螺旋度。
2010-11-24 astro-ph.SR
Supergranule aggregation for constant heat flux-driven turbulent convection
自然界中的湍流对流过程通常被发现是以羽流结构和流型的层次结构来组织的。本文报道并分析了对流胞或对流颗粒逐渐聚集成最终充满整个水平层的超颗粒的三维湍流Rayleigh-Bénard对流在纵横比为$60$时的谱元直接数值模拟。该形成过程持续的时间跨度超过$10^4$对流时间单位的最大可访问的瑞利数，只有当湍流是由一个恒定的热通量，这是强加在底部和顶部平面包围对流层驱动。由此产生的逐步逆级联过程中观察到的温度变化和湍流动能。在其高维相空间中的完整湍流轨迹的主导李雅普诺夫矢量场的附加分析表明，在一定尺度下的湍流模式继续局部地产生在湍流情况下具有较长波长的模式。结果，连续的较大的对流模式增长，直到达到层的水平延伸。这种不稳定机制，这是已知的恒定的热通量驱动的对流的发病附近存在，在这里示出的持续到充分发展的湍流流动制度，从而连接弱非线性斑图形成与一个充分发展的湍流。我们讨论了我们的研究可能产生的影响，观察到的，但还没有一致的数值再现，太阳超颗粒，这可能会导致改进的模拟模型，在太阳表面对流。
2021-02-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Modelling turbulent fluxes due to thermal convection in rectilinear shearing flow
我们沿着最初由Gough（1965）提出的路线重新讨论了湍流热对流的唯象描述，在该路线中，涡旋仅仅通过从不稳定分层平均态中提取能量而增长，随后被内部剪切不稳定性破坏。这项工作是正在进行的调查的一部分，寻找一个程序来计算湍流通量的热量和动量的剪切背景流的存在下，在恒星。
2010-11-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Nonlocal model for the turbulent fluxes due to thermal convection in rectilinear shearing flow
我们沿着Gough（1977）提出的路线重新讨论了湍流热对流的唯象描述，在该路线中，涡旋仅仅通过从不稳定分层的平均态中提取能量而增长，随后被内部剪切不稳定性破坏。这项工作是正在进行的调查的一部分，寻找一个程序来计算湍流通量的热量和动量的剪切背景流的存在下，在恒星。
2011-11-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Rotating Turbulent Thermal Convection and Solar Differential Rotation
旋转流体的膨胀将改变膨胀区域的涡量和转速。在湍流热对流中，这种微观效应得以保留。对流体胶束的跟踪表明，平均涡量随密度变化，产生从低密度区到高密度区的涡量输运和角动量输运，形成宏观涡量差和转速差。取太阳极区的轴向热对流模型，可以产生轴向差旋转，轴向差旋转产生的离心力差驱动纬向环流，将角动量输离旋转轴，形成纬向差旋转。流体胞的旋转产生额外的压力并改变对流准则。太阳对流层的温度梯度比非旋转流体模型中的温度梯度大，是太阳差动旋转的能量来源。
2023-01-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effect of large-scale coherent structures on turbulent convection
在实验室条件下，研究了宽高比为$A \approx 2$和$A\approx 4$（瑞利数在$5 \times 10^6$ ~ $10^8$范围内变化）的矩形腔室内气流中大尺度相干结构对湍流对流全局特性的影响。大尺度拟序结构包括单胞流型和双胞流型。我们发现，在具有大尺度拟序结构的湍流对流中，湍流动能产生的主要贡献来自于非均匀大尺度运动。具有拟序结构的大瑞利数对流中的湍流是由剪切而不是浮力产生的。我们确定了全局参数的缩放（例如，湍流动能的产生和耗散、湍流速度和湍流积分尺度、大尺度切变等）湍流对流与室的底壁和顶壁之间的温差的关系。这些标度与我们的理论预测是一致的。我们证明了具有大尺度相干结构的湍流对流的不均匀程度是小的。
2009-05-17 astro-ph.SR nlin.CD physics.ao-ph
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\rm Rm}$）的函数，发电机的增长率是一致的${\rm Rm}^{1/2}$缩放。未发现${\rm Rm}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mean-field theory of differential rotation in density stratified turbulent convection
本文发展了密度分层湍流对流中微分旋转的平均场论。该理论基于湍流热通量和湍流对流各向异性对雷诺应力的综合影响。求解了雷诺应力方程、熵涨落方程和湍流热通量方程组成的耦合动力学收支方程组。为了关闭这些方程的系统，谱τ方法，这是有效的大雷诺数和Peclet数，已被应用。所采用的背景湍流对流模型考虑了湍流各向异性的增加和湍流相关时间随旋转速率的减小。这个理论得到的差自转径向分布与太阳差自转的径向分布一致。
2018-03-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent convection in protoplanetary discs and its role in angular momentum transfer
本文构建平均场近似下的雷诺应力湍流模型，并结合辐射转移与混合长度对流，证明原行星盘对流湍流可向外转移角动量，但不足以维持观测吸积率和自维持对流。
2023-11-02 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Revisiting turbulent properties of solar convection with 3D radiative hydrodynamic modeling
本文利用45度纬度的三维辐射流体动力学模型研究太阳对流区湍流特性，发现子午流、薄层和较差自转的自发形成，并揭示了湍流特征尺度随深度的复杂变化及对流模式的定性转变。
2025-02-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Compressible turbulent convection in highly stratified adiabatic background
本文通过三维直接数值模拟研究了高度分层绝热背景下的可压缩湍流对流，发现在耗散数超过临界值时，流动呈现强烈的统计不对称性、全局热传递显著降低以及稀疏热羽流穿透现象。
2023-07-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent superstructures in Rayleigh-Bénard convection
去除温度和速度的波动后，湍流Rayleigh-Bénard对流在大于层高的长度上以卷和胞的形式显示出大尺度有序性。这些湍流的上层结构使人想起对流开始时的模式。通过对不同普朗特数（从0.005到70）和瑞利数（直至$10^7$）下流体中湍流对流的数值模拟，对它们进行了分析。对于每种情况下，我们确定的特征尺度和时间，分离的快速，小规模的湍流波动逐渐变化的大规模的上层建筑。大尺度模式的特征尺度随普朗特数和瑞利数的变化而变化，也与边界层动力学有关，特别是与热羽流在顶板和底板的聚集有关。我们的分析表明，尺度分离，从而存在一个简化的描述的湍流上层结构的地质和天体物理设置。
2018-01-13 astro-ph.SR nlin.CD nlin.PS
Turbulent convection as a significant hidden provider of magnetic helicity in solar eruptions
本文通过深对流区磁通量浮现的数值模拟，揭示湍流对流可使无扭缠磁通量稳定到达太阳表面形成黑子，并通过湍流扭缠注入可观磁螺度，从而为太阳耀斑爆发提供隐藏的螺度来源。
2023-05-30 astro-ph.SR physics.space-ph
A new particle-based code for Lagrangian stochastic models applied to stellar turbulent convection
针对恒星演化模型对流真实性不足及对流-振荡相互作用影响星震数据利用的问题，提出基于拉格朗日PDF方法的恒星对流单点统计新形式，开发蒙特卡洛粒子代码，可提取网格大涡模拟无法获得的对流统计时变图谱。
2025-10-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Field correlations and the ultimate regime of turbulent convection
通过对自由滑移边界条件下的Rayleigh-Bénard对流（RBC）的直接数值模拟，我们发现当Rayleigh数$Ra$较大时，垂直速度场和温度场之间的归一化关联函数以及归一化粘性耗散率均为$Ra^{-0.22}$.这种比例导致实验中观察到的努塞尔数（$Nu$）指数约为0.3。数值模拟还表明，在周期性边界条件下，上述归一化关联函数对于对流模拟是常数。
2012-01-19 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulent Convection: Modal Equations and Energy Pathways
Inter–University Centre for Astronomy & Astrophysics（大学间天文学与天体物理中心）
该研究提出高瑞利数湍流对流研究框架，结合布辛涅斯克对流对称性推导模态方程，明确能量耗散路径，为理解恒星和行星对流区提供理论支撑。
2026-08-20 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Numerical Analysis of Nonlocal Convection --- Comparison with Three-dimensional Numerical Simulations of Efficient Turbulent Convection
我们比较了一维非局部湍流对流模型与三维流体动力学数值模拟。通过改变Prandtl数、P $\acute{e}$ clet数和对流区深度，我们研究了封闭模型和湍流系数的有效性。四阶矩的封闭模型进行了评估与三维模拟数据。不同的情况下，不同的四阶矩的闭包模型的性能不同。我们解决的动力学方程的时刻一起方程的热结构。不幸的是，我们不能得到稳态解时，这些封闭模型的四阶矩。另一方面，三阶矩的下梯度近似的数值解是鲁棒的。我们从3D模拟数据中校准了1D下梯度模型的系数。在深对流区的情况下，校准的系数更强大。最后将一维稳态解与三维模拟结果进行了比较。一维模型捕捉到了三维模拟中出现的许多特征：（1）$\nabla-\nabla_{a}$呈U形，在对流区的下部具有最小值。(2)当P $\acute{e}$ clet数较大时，在对流区顶部附近存在一个$\nabla-\nabla_{a}$的凸起. (3)由于非局部效应，温度梯度可以是亚绝热的。除了这些相似之处外，对动能通量的预测也不令人满意。
2018-09-13 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent convection in stellar interiors. III. Mean-field analysis and stratification effects
我们提出了三维隐式大涡模拟（ILES）的湍流对流在信封的5 Msun红巨星和氧燃烧壳的23 Msun超新星的祖先。数值模型在一维雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的框架下进行了分析。在红巨星模型中，由于对流区的层结较大，压力波动的影响更为重要。我们展示了这如何影响平均场方程中的不同项。我们澄清了驱动源的动能，并表明，湍流耗散率是可比的对流光度。虽然我们的流动具有低的马赫数和接近绝热，我们的分析是一般的，可以应用到光球对流以及。我们的湍流对流分析的鲁棒性支持的线性网格分辨率的平均场平衡的不敏感性。我们发现氧燃烧壳模型中湍流对流区和稳定层的结果很稳健，红巨星模型中到处都有稳健的结果，但平均场在氧燃烧壳模型中的狭窄边界区域（包含陡梯度）没有很好地收敛。模型。最后一个结果说明了对流边界处未解决的物理问题的重要性，它决定了那里的混合。
2013-03-13 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Role of Bulk flow in Turbulent Convection
在本文中，我们提出了大规模的量，如Peclét和Nusselt数的标度，以及动能和熵的耗散率。我们的论点是基于大量的缩放和早期的实验和模拟结果。我们还介绍了惯性范围内的频谱和流量的动能和熵。
2013-01-07 astro-ph.SR nlin.PS physics.flu-dyn
Inverse cascades of kinetic energy and thermal variance in three-dimensional horizontally extended turbulent convection
逆级联的动能和热方差在光谱空间中的垂直均匀模式的子集被发现，导致一个缓慢的聚集到一对对流超颗粒，最终填充整个水平延伸的，三维的，湍流瑞利-贝纳德对流层的热通量时，规定在顶部和底部。一个额外的弱旋转的垂直轴周围的层停止这种聚集在一个规模小于横向域扩展，并停止逆级联的热方差。动能的逆级联保持完整，甚至对于温度和速度的均方根值已经达到统计稳定状态的时间。这种动能逆级联维持了在温度场中最明显的水平延伸的对流模式。聚集对流模式的特征长度取决于热驱动和线性旋转的强度。我们的研究表明，在三维对流中，逆能量级联的重要性超出了二维湍流的情况下，受到热羽流的多尺度能量注入和边界热通量驱动，通常存在于自然的地球和天体物理系统，如太阳对流。
2022-10-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the dynamical interaction between overshooting convection and an underlying dipole magnetic field -- I. The non-dynamo regime
受许多恒星内部深层动力学的启发，我们研究了过冲对流与辐射区大尺度极向场之间的相互作用。我们已经运行了一套三维Boussinesq数值计算在一个球壳，由一个对流区与底层的稳定区域，最初compatible包含一个偶极场。通过改变对流驱动的强度，我们发现，在湍流度较低的情况下，对流作为湍流扩散，比单纯的分子扩散更快地去除场。然而，在更湍流的制度，湍流泵送变得更有效，部分抵消湍流扩散，导致局部积累的字段下面的过冲区域。这些模拟表明，偶极场可能被限制在底层的稳定区域高度湍流对流运动在恒星参数。禁闭是平均意义上的大尺度场，我们表明，它是合理的平均场的想法建模。我们的研究结果是特别有趣的某些模型的太阳，这需要一个大规模的，极向磁场被限制在太阳辐射区，以同时解释后者的均匀旋转和薄的太阳速跃层。
2021-02-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Generation of a large-scale vorticity in a fast rotating density stratified turbulence or turbulent convection
在滞弹性近似下，我们发现了一种不稳定性，这种不稳定性会导致在快速旋转的小尺度湍流或湍流对流中产生大尺度涡量，并且沿旋转轴具有非均匀流体密度。大尺度不稳定导致两种模态的激发：（i）以垂直涡度为主的模态，其平均速度与垂直坐标无关;（ii）以水平涡度为主的模态，其平均动量与垂直坐标无关。在快速旋转的密度分层流体动力学湍流或湍流对流中，可以激发出以垂直涡量为主的模态。对于这种模式，平均熵在气旋性涡旋内部耗尽，而在反气旋性涡旋内部增强。只有在快速旋转的密度分层湍流对流中才能激发出以水平涡为主的模态。发展的理论可能与解释在大行星中观察到的巨大风暴的大斑点的起源有关，例如，木星的大红斑和土星的大斑点。它也可能有助于解释快速旋转的晚型恒星中高纬度斑点的起源。
2019-11-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Latitudinal dependence of heat transport in turbulent geostrophic convection
针对快速旋转行星和恒星热输运显式纬度依赖标度关系未明确的问题，本文采用带倾斜轴的旋转瑞利-贝纳德对流（RRBC）框架模拟地转区不同纬度对流，推导并验证了对流长度尺度和努塞尔数的纬度标度关系，为行星恒星内部区域热输运提供定量框架并建立球对称对流统一解释。
2025-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chaotic mean wind in turbulent thermal convection and long-term correlations in solar activity
结果表明，湍流热对流中平均风速的关联函数（瑞利数$Ra \sim 10^{11}$）在很长的相关时间内呈指数衰减，而相应的最大李雅普诺夫指数肯定为正。这些结果与重建的相图一起表明在所研究的平均风中存在混沌分量。电报近似也被用来研究混沌和随机分量的平均风波动的相对贡献和这些组件之间的平衡进行了研究。由于太阳活动是建立在热对流过程的基础上的，因此可以推断，观测到的太阳活动长期相关性可以是平均风混沌特性的一个印记。特别是，日黑子数的关联函数呈现指数衰减，关联时间很长，对应的最大李雅普诺夫指数肯定为正，混沌和随机分量的相对贡献也遵循与对流平均风相同的模式。
2009-12-25 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
LES of turbulent convection in solar-type stars and formation of large-scale magnetic structures
在这项研究中，我们研究了湍流对流的影响，形成大尺度不均匀的磁结构的大涡模拟（LES）的对流在太阳型恒星。本研究的主要思想是实施一个新的亚网格尺度模型的有效洛伦兹力的三维非线性辐射磁流体动力学（MHD）的代码开发模拟太阳对流层和低层大气。为此，我们推导出的能量收支方程，其中包括亚网格尺度湍流的洛伦兹力的影响，并实现了一个新的亚网格尺度湍流模型（TELF模型）的三维非线性MHD LES代码。在TELF模型的大涡模拟中，利用外加的初始水平和垂直均匀磁场，我们证明了当初始平均磁场大于一个阈值（约100 G）时，磁通量管开始形成。这与Rogachevskii和Kleeorin（2007）的理论研究一致。我们确定了速度和磁涨落的垂直分布，总的MHD能量和湍流磁对流的各向异性，动力学和电流和交叉螺旋度。
2011-02-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Classical 1/3 Nusselt number scaling in highly turbulent compressible convection
本文通过MacCormack-TVD有限差分方法模拟可压缩湍流对流，首次将二维模拟推至Ra=10^16，发现体流绝热温降导致Re∝Ra^{1/2}，并验证了经典1/3努塞尔数标度律。
2025-02-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Compressible Hydrodynamic Mean-Field Equations in Spherical Geometry and their Application to Turbulent Stellar Convection Data
我们提出了一个统计分析的湍流对流在我们的雷诺平均的Navier Stokes（RANS）框架内的球形几何，我们来自第一性原理。本文报道的主要结果包括：（1）一组广泛的可压缩多组分流体动力学平均场方程，以及（2）从各种模拟模型计算的相应平均场数据。还提供了一些补充的尺度分析数据。所提供的模拟数据包括：（1）23太阳质量超新星前身星氧燃烧时的壳层对流，（2）5太阳质量红巨星的包层对流，（3）氦闪光时的壳层对流，（4）1.25太阳质量恒星的氢注入闪光。这些模拟在Meakin [2006]、Meakin和Arnett [2007 a，b，2010]、Arnett等人[2009，2010]、Viallet等人[2011，2013 a，b]和Mocak等人[2009，2011]中已有部分描述。新的数据也包括在本文件中，几个新的域和分辨率配置，以及一些变化的物理模型，如对流区深度和驱动源项。这项工作的长期目标是帮助开发更复杂的模型来处理流体动力学现象（例如，湍流对流）在恒星演化领域中的应用，提供了三维模拟数据和由一维恒星演化代码模拟的平均场之间的直接联系。因此，这些数据可以用来测试以前提出的湍流模型在文献中发现，有时用于恒星建模。这些数据还可以用来测试模型构建的基本物理原理，并激发用于1D进化代码的新处方。
2014-01-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Vortex Tubes of Turbulent Solar Convection
研究太阳对流的湍流特性对于理解太阳表面观测到的多尺度动力学是极其重要的。特别是，最近的高分辨率观测揭示了无处不在的旋涡结构，数值模拟表明了涡管动力学和磁场组织之间的联系，并显示了涡管相互作用在太阳声波激发机制中的重要性。本文利用辐射流体力学大涡模拟方法研究了太阳表面附近强湍流对流中涡管的形成机制。对模拟数据的分析表明了涡管形成的两个基本过程：1）对流颗粒内部小尺度对流不稳定性的发展; 2）颗粒间剪切流的Kelvin-Helmholtz型不稳定性。我们的分析表明，在这些过程中，涡旋拉伸是太阳上产生小尺度涡度的主要来源。
2012-01-12 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
