Modelling stellar convective transport with plumes: I. Non-equilibrium turbulence effect in double-averaging formulation
对流中的羽流被认为与对流中的湍流输送有关。本文采用时空双平均方法研究对流湍流中的有效质量、动量和热量输运,将场量分解为时空平均场、色散或相干涨落和随机或非相干涨落三部分。在这个框架下,湍流关联的平均场方程被分为色散/相干和随机/非相干的关联部分。本文将羽流视为相干脉动,借助于非平衡效应,建立了对流湍流的输运模型,在湍流输运系数的模拟中考虑了湍流特性沿平均流的变化。在这项工作中,第一次,沿羽流运动的湍流特性的变化被纳入湍流输运系数的表达式。这个非平衡模型适用于恒星对流。表面冷却驱动的对流的一个显着特征是表层以下增强的和局部的湍流质量通量,这根本无法通过通常的涡流扩散率模型和混合长度理论(MLT)来重现,但可以很好地重现本模型。我们的研究结果表明,将羽流运动纳入湍流输送模型是一个重要的和非常相关的平均场论的扩展超出了启发式梯度输送模型与MLT。
2022-04-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Non-equilibrium turbulent transport in convective plumes obtained from closure theory
本文首次将非平衡湍流输运理论应用于带羽流的对流系统,通过响应函数形式体系和时间-空间双重平均方法,分别分析单羽流及多羽流集体输运效应,揭示羽流运动相关非平衡效应在对流湍流建模中的重要性。
2023-05-29 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian dispersion and heat transport in convective turbulence
基于三维直接数值模拟,对湍流Rayleigh-Benard对流中的局部温度混合和热输运进行了拉格朗日研究。与垂直对距离相反,横向对距离的时间增长符合理查森定律,但由于羽流中的相关对运动,产生较小的理查森常数。因此,我们的研究结果意味着理查森色散也被发现在各向异性湍流。我们发现,非常大的垂直加速度出现频率低于横向的,并没有连接到上升或下降的热羽流。高度相关的联合拉格朗日统计的垂直加速度和局部热传递,使我们能够确定一个区域,这是由热羽混合为主。
2008-03-11 physics.flu-dyn
Consequences of high effective Prandtl number on solar differential rotation and convective velocity
观测表明,太阳对流模拟获得的大尺度对流速度可能被高估(对流难题)。一个可行的解决方案可能是小规模发电机,这不能完全解决全球模拟。小尺度的洛伦兹力抑制对流运动和湍流混合的熵之间的上升流和下降流,导致一个大的有效普朗特数($\Pr$)。我们在不同热导率($κ$)的三维全球旋转对流模拟中探索了这一想法,即,在不同的$\Pr$。与以前的非旋转模拟一致,对流速度随着$\Pr$的增加而减小,只要热传导通量可以忽略不计。在低$κ$模拟中,由于低熵羽流的连续沉积,在对流区底部附近形成亚绝热层。我们的低$κ$模拟的最有趣的结果是,对流运动伴随着对流结构的变化,越来越多的小尺度羽流的影响。这些羽流倾向于径向向内传输角动量,从而建立一个反太阳的差异旋转,与太阳旋转轮廓形成鲜明对比。如果这样的低扩散羽流,驱动的辐射表面冷却,在太阳中存在,那么我们的研究结果提出了质疑的想法,一个高效的$\Pr$可能是一个可行的解决方案,太阳对流难题。我们的研究还强调,任何依赖于向下羽流的难题的解决方案必须考虑角动量传输以及热传输。
2018-04-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Modeling stellar convective transport with plumes : II. Transport Properties of Locally and Non-locally driven Convection
针对恒星对流的两种理想化机制,通过三维流体动力学模拟对比其输运特性,提出时空双重平均方法和修正梯度扩散闭合,解决传统模型对羽流驱动对流输运的低估问题,为亚网格模型改进提供途径。
2025-11-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dispersion in an array of buildings in stable and convective atmospheric conditions
通过风洞实验研究了大气层结对矩形建筑物内和上方气流和扩散的影响。三个稳定和两个对流传入边界层进行了测试,理查森数范围从$-$ 1.5到0.29。使用快速响应火焰电离检测器进行分散测量。结果表明,层结对烟羽宽度的影响明显小于对垂直廓线的影响。稳定的层结并不影响冠层内的羽流中心轴,但在不稳定的情况下,轴出现偏离中性的情况下的方向。在树冠以上的两种分层类型造成的羽流偏转角增加相比,中性的情况下。在稳定分层的测量浓度在冠层相比,中性的情况下,高达2倍,而在对流条件下,他们的3倍小。垂直湍流通量和垂直平均浓度梯度之间的比例也证实了分层的情况下。在这项工作中产生的高质量的实验数据可能有助于开发新的数学模型和非中性分层条件的参数化,以及验证现有和未来的数值模拟。
2019-10-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Convective regimes of internally heated steady thermal convection of temperature-dependent viscous fluid
本文通过二维稳态解和时间演化计算,研究了内部加热且粘性随温度变化的流体热对流状态,识别出介于活动盖层与停滞盖层之间的缓慢盖层状态,并揭示了努塞尔数标度律及大瑞利数下稳态解失稳的机制。
2025-08-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Logarithmic mean temperature profiles and their connection to plume emissions in turbulent Rayleigh-Bénard convection
在$Ra = 5\times10^{10}$进行的Rayleigh-Bénard对流的二维模拟表明,在热羽流发射的边界层区域可以观察到垂直对数平均温度分布。廓线仅在这些区域是对数的,而在边界层的其余部分不是对数的,在这些区域廓线被大尺度风剪切并受到羽流的影响。此外,对数行为在水平平均中不可见。研究结果表明,温度分布与热羽流排放密切相关,并支持一种观点,即部分边界层可能是湍流的,而其他部分则不是。因此,向极限状态的过渡(在极限状态中,边界层被认为是完全湍流的)可以理解为边界层的羽流发射(“湍流”)区域的分数逐渐增加。
2015-10-06 physics.flu-dyn
Dependence of boundary layer thickness on layer height in laminar and transient convective regimes
本文研究了在层流和非稳态条件下,开放表面局部热源对流时边界层厚度与层高的关系。在较宽的瑞利数、不同的普朗特数和不同的长宽比下,测量了热羽流形成的努塞尔数和特征频率。结果表明,对于发展的(但非湍流的)对流,边界层厚度几乎与层高无关,它主要由外加温差和流体的物理性质决定。
2020-07-31 physics.flu-dyn
Taylor-Couette turbulence at radius ratio $η=0.5$: scaling, flow structures and plumes
使用高分辨率的粒子图像测速仪,我们测量的速度剖面,风雷诺数和泰勒-库埃特流的湍流羽流的特性的半径比为0.5和泰勒数高达$6.2\cdot10^9$。由于该$η=0.5$设置的强曲率,所提取的角速度轮廓比方位角速度轮廓更紧密地遵循对数律。风雷诺数与泰勒数的标度与理论上预测的经典湍流状态的3/7标度一致,这比充分探索的$η=0.71$情况更明显,对于后者,最终状态在低得多的Ta下设置。通过在不同轴向位置的测量,发现滚动结构的反向旋转,而没有看到明确的相干结构的纯内圆筒旋转。此外,还研究了来自内、外圆柱的湍流羽流。对于纯内柱旋转,径向速度的羽流主要远离内柱,而方位速度的羽流主要远离外柱。对于反向旋转,滚动结构中的平均径向流强烈地影响湍流羽流的方向和强度。此外,实验证实,在羽流发射的区域中,创建具有对数签名的边界层轮廓。
2015-08-24 physics.flu-dyn
The Ceiling Height of Wildland Fire Plumes in Sheared Boundary Layer Flow
本研究通过雷达观测和大涡模拟,提出修正的Byram对流数尺度分析,揭示剪切和分层对野火烟羽弯曲及顶盖高度的关键控制作用。
2025-08-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent transport and entrainment in jets and plumes: a DNS study
我们提出了一个新的DNS数据集的统计轴对称湍流射流,羽流和强迫羽流在一个域的大小$40 r_0 \times 40 r_0 \times 60 r_0$,其中$r_0$是源直径。该数据集提供了证据的有效性的Priestley和球夹带模型在不分层的环境(不包括该地区附近的源),这是进一步证实了王和法律和Ezzamel \emph{et al.}实验数据集,后者被纠正为一个小的,但有影响力的共流,影响统计。我们表明,在射流和羽流的核心区域的湍流实际上是难以区分的,虽然各向异性张量的不变量揭示了显着的变化,在羽流边缘附近的湍流。DNS数据表明,湍流普朗特数约为0.7射流和羽流。对于羽流,该值是径向动量和浮力的径向湍流输送比率不同的结果。然而,对于射流,该值源于浮力和速度分布的不同传播,尽管径向湍流传输项的比率近似为1。DNS数据没有显示出与浮力剖面与速度剖面宽度之比的逐渐变化相关的相似性漂移的任何证据。
2016-07-25 physics.flu-dyn
Extreme dissipation event due to plume collision in a turbulent convection cell
一个极端的耗散事件在一个封闭的三维湍流对流单体的大部分被发现是与一个强大的减少系统中的大规模环流,发生在同一时间作为羽流排放事件从底板。大规模环流的减少为向下和向上流羽流的近正面碰撞以及在大体积中产生高振幅热耗散层提供了可能性。这种碰撞局部地连接到随后的高振幅能量耗散事件中的一个强剪切层的形式。我们的分析说明了过渡的影响,在大尺度结构的极端事件在最小尺度的湍流,一个直接的链接,观察到的流与边界层。我们还表明,极端耗散事件的检测,确定在散装的耗散场的长尾统计需要长时间的运动方程的积分超过至少一百个对流时间单位。
2016-09-16 physics.flu-dyn
Role of natural convection in the dissolution of sessile droplets
本研究探究小尺寸长链醇固着液滴在水中的溶解过程,分离扩散与对流贡献,通过实验测得对流区普适标度关系及转变瑞利数,明确了浮力驱动对流对溶解的作用规律。
2016-05-24 physics.flu-dyn
Derivation of a multilayer approach to model suspended sediment transport: application to hyperpycnal and hypopycnal plumes
本文提出了一种多层方法来模拟有自由表面流动中的高密度和低密度羽流。该模型允许计算流体流动速度的水平和垂直分量的垂直分布。该模型还可以描述形成浊流的每种泥沙的浓度和流速分量的垂向分布。为此,它考虑了颗粒的沉降速度及其与流体的相互作用。这允许比单层方法更好地描述现象。它是在更好的协议与物理问题,并给出了有希望的结果。数值模拟是通过将多层方法重写为紧凑形式(对应于具有非保守产物的系统)并使用路径保守数值格式来进行的。数值结果,以显示该模型的潜力。
2017-05-11 physics.flu-dyn
Horizontal velocity field near the hot plate in turbulent natural convection
我们研究的速度场在水平(x-y)平面上的热板1.5毫米以上的湍流自然对流,使用PIV在瑞利数Raw=106和普朗特数Pr=5.2。测量平面位于根据自然对流边界层方程[7]估算的速度边界层内,以及由于大尺度流动[2,5]而导致的速度边界层内。边界层由线羽流组成,线羽流之间有下沉流体。从下沉流体中心到线羽流的瞬时速度变化被发现偏离经典的Prandtl-Blasius层流边界层轮廓,这被GL理论假定为边界层的性质[2,5]。计算结果与自然对流边界层廓线吻合较好。时间平均的平均速度变化偏离自然对流和Blasius型配置文件的预期,因为它取决于线羽的方向。我们的测量结果证明了在线状羽流两侧存在自然对流边界层的理论[10]。
2014-04-04 physics.flu-dyn
Dynamics of a buoyant plume in a linearly stratified environment using simultaneous PIV-PLIF measurements
大气和海洋中分层层的存在导致浮力垂直运动,通常称为羽流。为了模拟烟羽的演化和增长,在局部尺度上研究烟羽的混合动力学是很重要的。这种表征需要同时测量混合流体的速度和密度。在这里,我们提出的浮力羽流在线性分层介质中传播的结果,密度差为0.5%,从而产生浮力频率N=0.15 s^{-1}。为了了解羽流行为,测量了沿不同下游位置的中心线和轴向速度、湍流动能、雷诺应力和浮力通量等统计数据。中心线速度随高度的增加而减小。雷诺应力和浮力通量剖面表明存在不稳定层和该层内的混合。
2016-10-24 physics.flu-dyn
Effect of Plumes on Measuring the Large Scale Circulation in Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
利用直接数值模拟的结果研究了湍流Rayleigh-Bénard(RB)对流中大尺度环流(LSC)的性质。LSC取向通过对用探针测量的方位角温度或方位角垂直速度分布的余弦或多项式拟合来确定。本文研究了直径为D,高度为L的Γ=D/L=1/2和Γ=1样本的LSC。对于Pr=6.4,在纵横比Γ=1的样品中,在$Ra=1\times10^8$和$5\times10^8$处,所获得的LSC取向是相同的,无论是否考虑每个水平面仅8个或所有64个探针的数据。在$Pr=0.7$为$Ra=1\times10^8$的Γ=1/2样品中,羽流对方位温度和方位垂直速度剖面的影响更强。由于通过羽流和/或角流,使用余弦拟合获得的表观LSC方向可能导致对大尺度流的特征的误解。我们引入了相对LSC强度,我们定义为第一傅立叶模式的能量与所有模式的能量之间的比率,可以从方位角温度和方位角垂直速度分布确定,以进一步量化大规模流动。对于$Ra=1\times10^8$,我们发现,在Γ=1/2样本中的相对LSC强度显著低于在Γ=1样本中的相对LSC强度,反映出在Γ=1样本中的LSC比在Γ=1/2样本中的LSC显著得多。相对LSC强度的确定可以直接应用于现有的实验数据,以研究高瑞利数热对流和旋转RB对流。
2011-09-30 physics.flu-dyn
Boundary layer structure in turbulent Rayleigh-Bénard convection in a slim box
在Rayleigh-Bénard湍流中,不同区域的平均温度分布呈现对数规律。然而,热羽流如何与温度的对数律相关以及速度剖面如何随压力梯度变化还没有完全了解。在这里,我们进行了三维模拟的瑞利-贝纳德湍流在一个细长的盒子没有前壁和后壁的纵横比,$L:D:H=1:1/6:1$,在瑞利数$Ra=[1\times10^8, 1\times10^{10}]$普朗特数$Pr=0.7$。尽管在粘性边界层中既没有看到Prandtl-Blasius-Pohlhausen型也没有看到对数律,但She等人(She,2017)提出的应力长度的双层函数$\ell_u^+\approx \ell_0^+(z^+)^{3/2}\left[1+\left({z^+}/{z_{sub}^+}\right)^4\right]^{1/4}$成功地量化了速度分布。与此相反,在羽流喷射区域的温度分布是对数的所有模拟的情况下,被归因于热羽流的排放。温度对数定律的系数$A$可以通过热应力长度$\ell^*_θ$和热边界层$z^*_{sub}$和$z^*_{buf}$的厚度的组合来描述,即$A\simeq z^*_{sub}/\left(\ell^*_{θ0}{z^*_{buf}}^{3/2}\right)$。逆压梯度使风向转向,使热羽流在喷流区聚集,从而使温度廓线服从对数律。本模拟的努塞尔数标度和局部热通量与以前的结果是一致的封…
2019-01-23 physics.flu-dyn
The mean wind and potential temperature flux profiles in convective boundary layers
本文为对流边界层(CBLs)开发了平均风速和位温通量廓线的创新分析表达式,利用扰动方法并结合Monin-Obukhov相似理论,构建了覆盖整个边界层高度的速度廓线,且与大涡模拟结果高度一致。
2023-08-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Coupled convection and internal gravity waves excited in water around its density maximum at 4°C
在自然界中,对流和层结的耦合系统是常见的。为了实验研究相关的动力学,我们使用水的奇异性质:其非线性状态方程的特征在于最大密度接近$4^{\circ}$ C。通过在$35^{\circ}$ C下加热罐的顶部并在$0^{\circ}$ C下冷却罐的底部,自发地出现两层结构。底层的对流运动主要由大尺度环流和上升的冷羽流组成。该湍流在上部稳定分层层中产生传播的内部重力波。进行了PIV测量,对流和内部重力波的频谱特性。一个水平的大规模的反向流动中的分层观察到的粘性驱动的第三,中间层。该缓冲层位于对流层和层结层之间,与对流层热耦合,因此维持了较强的水平切变。三维直接数值模拟的几何和物理参数接近的实验结果证实了我们的实验结果。
2020-11-09 physics.flu-dyn
On the logarithmic profile of temperature in the atmospheric convective boundary layers
有壁面的湍流在自然界和工程系统中广泛存在,例如地球表面附近的空气流动、河流中的水流以及汽车或飞机周围的流动。VonKármán于1930年提出的壁面约束湍流中的普遍对数速度剖面是湍流的少数几个精确物理描述之一。然而,当存在浮力效应时,该通用测井定律不能充分描述平均速度和温度分布。Monin-Obukhov相似理论(MOST)于1954年提出,是解释浮力效应和描述大气边界层的基础理论。MOST已被用于几乎所有的全球天气、气候和水文模式,以描述平均速度、温度和标量廓线对浮力的依赖关系。根据MOST,随着浮力效应变得重要,对数温度分布图被打破。相比之下,在这里我们表明,这个长期存在的MOST理论不适用于温度。我们提出了一个新的理论,近壁温度的对数分布,纠正MOST陷阱,并支持高分辨率的直接数值模拟和对流大气边界层的实地观测。浮力效应不会改变对数性质,而是与通用的冯卡门斜率相比,调制温度曲线的斜率。新的公式具有广泛的应用,例如在气候模型中,拟议的新温度记录法应导致更真实的大陆表面温度,这受到浮力的强烈影响。
2020-02-22 physics.flu-dyn
High-precision interferometric measurement of slow and fast temperature changes in static fluid and convective flow
本文利用标准迈克尔逊干涉仪高精度测量水中视线平均温度,实现对静态流体慢变和对流快变温度的非侵入式检测,并成功观测到热羽流中传统RTD无法分辨的涡旋到达不对称性,经PIV和大涡模拟验证,展示了该方法在实验流体动力学中的广泛应用潜力。
2023-10-21 physics.flu-dyn
Shear flows and their suppression at large aspect ratio. Two-dimensional simulations of a growing convection zone
本研究通过二维模拟探究生长对流区的纬向流演化,发现对流层纵横比小于2时出现纬向流且演化受Pr数调控,大纵横比域可抑制纬向流,为相关对流过程的二维研究提供了可能。
2021-07-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent Convection in Subglacial Lakes
冰下湖泊是隐藏在冰盖下的孤立、低温和高压水环境,可能是极端微生物的宿主。在这里,我们使用二维直接数值模拟,以调查冰下淡水湖泊的冰覆盖压力,$p_i$,水深,$h$,和地热通量,$F$的功能的特征温度波动和速度。当我们考虑平坦的冰水界面时,地热加热是唯一的强迫机制。当$p_i$大于临界压力$p_*\approx 2848$ dbar时,冰下湖泊是完全对流的,但当$p_i < p_*$时,冰下湖泊自组织成较低的对流体和较高的稳定分层层,这是因为在低压下,在温度$T_d$大于冻结温度$T_f$时存在密度最大值。对于高和低$p_i$,我们证明了努塞尔数$Nu$和雷诺数$Re$满足经典的标度律提供了一个有效的瑞利数$Ra_{eff}$被认为是。我们发现,在低压下的对流层和稳定分层层动态解耦的领先秩序,因为羽渗透是弱的,并引起有限的夹带的稳定流体。从$Nu$与$Ra_{eff}$的经验幂律方程,我们推导出两组封闭形式的表达式,包括未知的底部温度,在问题参数$p_i$,$h$和$F$方面的感兴趣的变量。这两个预测对应于当有效热膨胀系数近似恒定或与驱动对流的温差成线性比例时获得的两个限制制度。
2021-03-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Higher-order mean velocity profile in the convective atmospheric boundary layer
Clemson University(克莱姆森大学)
本文通过匹配渐近展开法推导出对流大气边界层中高阶平均速度剖面,验证了Tong和Ding(2020)的对数摩擦定律在二次阶的有效性,并展示了其在测量中的良好一致性。
2026-02-13 physics.flu-dyn
Radial boundary layer structure and Nusselt number in Rayleigh-Benard convection
本文对长径比为1/2、Pr=0.7的圆柱形单胞内的三维Rayleigh-Benard对流进行了直接数值模拟。它们跨越了从$2\times 10^6$到$2 \times10^{11}$的50年Ra。在网格间距为$\sim$的Kolmogorov尺度下,良好的数值分辨率是精确计算努塞尔数的关键,计算结果与Niemela等人的实验数据吻合较好,Nature,404,837(2000).在欠分辨模拟中,热(冷)羽流比完全分辨情况下从底部(顶部)板行进得更远,因为靠近侧壁(网格单元最大的地方)的热耗散是不够的。我们比较了完全解决的热边界层配置文件与普朗特-Blasius配置文件。我们发现,边界层的配置文件是更接近普朗特Blasius配置文件在圆柱轴比接近侧壁,由于在该地区的上升羽流。
2009-05-04 physics.flu-dyn
Effects of polymer additives on Rayleigh-Taylor turbulence
采用Oldrophil-B粘弹模型直接数值模拟(DNS),研究了聚合物添加剂对Rayleigh-Taylor系统湍流对流的影响。聚合物伸长的动力学遵循自相似的湍流混合层的演化,并显示出对流动的强烈反馈的出现,其引起聚合物伸长的截止。粘弹效应对流动混合特性的影响是双重的。在大尺度上混合明显增强(混合层的增长率大于纯牛顿的情况下),并在小尺度上耗尽(热羽流相对于牛顿的情况下更连贯)。观测到的热羽流的加速以及温度场和垂直速度之间的相关性的增强,有助于显著的{ \it热输送增强}。我们的研究结果与由聚合物引起的下降和上升羽流之间的{ \it减阻}的情况是一致的,并且提供了在没有边界层的情况下发生减阻的进一步证据。附录中报告了费米提出的混合层增长的弱非线性模型。
2011-01-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Stability of convection in dry salt lakes
干旱地区常见的干涸湖泊,表面覆盖着盐壳,形成美丽的狭窄山脊网络。在这里,我们认为最初的不稳定性和最终的命运浮力驱动的对流,可能会导致这种模式。具体来说,我们看对流在一个水平表面上,这类似于下面的蒸发盐湖发现的情况下,一个恒定的通流边界条件的深层多孔介质。该系统被缩放到只有一个自由参数,瑞利数,其特征在于对流的相对驱动力。然后,我们解决由此产生的线性稳定性问题的对流的发病。进一步探索这个模型的非线性制度与伪谱数值方法,我们演示了如何增长的小下降流羽流本身是不稳定的粗化,作为系统发展到一个动态的稳定状态。在这个成熟的状态下,我们展示了对流羽流的典型速度和长度尺度如何与强迫条件和瑞利数成比例。有趣的是,一个强大的长度尺度出现的图案波长,这在很大程度上是独立的驱动参数。最后,我们引入了一个空间不均匀的边界条件-调制蒸发率-模仿任何之间的反馈不断增长的盐壳和干燥的盐湖蒸发。我们展示了如何这个边界条件可以引入相位锁定的下降流羽低于网站的低蒸发,如在脊盐多边形。
2021-03-25 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Lagrangian analysis of coherent structures in 2D annular Rayleigh-Bénard convection
Universitat Politècnica de Catalunya(加泰罗尼亚理工大学);Centre de Recerca Matemàtica(数学研究中心);Leuphana Universität Lüneburg(吕讷堡莱普纳大学)
本文通过拉格朗日分析二维环形瑞利-贝纳德对流,提出新诊断方法,建立FTLE与羽流对应关系,并利用滑动窗口方法关联热通量,提出UBL厚度判据。
2026-10-07 physics.flu-dyn
A step function density profile model for the convective stability of CO2 geological sequestration
与固碳有关的对流稳定性通常采用非定常扩散基本廓线来研究。由于非线性基本轮廓的时间依赖性,简正模方法不适用。因此,不稳定性可以用边界层不稳定性发生的临界时间来量化,也可以用初始扰动的长期演化来量化。本文采用了一个具有阶跃函数密度的不稳定分层基本剖面,顶部重碳饱和层(边界层)覆盖在较轻的无碳层(环境盐水)上。由此产生的配置类似于在分离两层的界面处具有浮力扩散的瑞利-泰勒问题。不连续参考状态满足控制方程组和边界条件,属于不稳定分层静止状态。我们的模型占各向异性的扩散和渗透率和富二氧化碳的卤水和主机矿物之间的化学反应。我们继续假设,在顶部盖层下面积累的二氧化碳形成了一定厚度的碳饱和盐水层,覆盖在无碳盐水层上。由此产生的分层保持稳定,直到碳饱和层的厚度足以引起流体翻转。用参考状态的这个公式,稳定性计算将是根据临界边界层厚度而不是临界时间,尽管这两个公式是相同的。这种方法是易于处理的经典的正常模式分析。即使它只产生保守的阈值不稳定性条件,它提供了一个易于分析的线性和弱非线性研究的优势。
2017-02-24 physics.flu-dyn
Partially Molten Plumes and Melt-Fingers: Two Modes of Magma-Transport through the Mantle in Terrestrial Bodies
本文通过线性扰动分析和二维数值模拟,揭示类地天体地幔中岩浆输运存在部分熔融地幔柱和熔融指状体两种模式,其转变取决于熔体浮力参数B_m,并据此解释大火成岩省与月球早期岩浆活动。
2025-09-19 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Convection in the active layer speeds up permafrost thaw in coarse grained soils
本文研究地下水对流对永久冻土融化的影响,发现由水密度异常引发的对流使融化速度远快于纯扩散,且融化界面深度因热羽流运动变得高度不均匀。
2024-07-30 physics.flu-dyn
Semi-organized structures and turbulence in the atmospheric convection
本研究将能量与通量收支(EFB)理论拓展至大气对流边界层核心区,推导得到半组织结构的动能、热能及全局湍流特征与相关参数的关系,可应用于建模及相关实验与模拟分析。
2024-02-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Generative convective parametrization of dry atmospheric boundary layer
Technische Universität Ilmenau(伊尔默瑙工业大学);Universität Hamburg(汉堡大学);New York University(纽约大学)
提出基于生成对抗网络的干对流边界层参数化方法,结合自相似层增长物理机制,准确预测非高斯瞬态湍流统计特性及水平组织结构,为自然流动的数据驱动参数化提供新途径。
2023-07-27 cs.LG physics.ao-ph physics.flu-dyn
Thermophoretic MHD Flow and Non-linear Radiative Heat Transfer with Convective Boundary Conditions over a Non-linearly Stretching Sheet
本文研究了具有非线性热辐射、对流换热和非均匀热源/热汇的磁流体边界层流动,以及热辐射速度和化学反应对流动的影响。采用适当的相似变换,求解所考虑的控制流的偏常微分方程。采用龙格-库塔四五阶Fehlberg方法结合打靶技术求解无量纲控制方程。研究了不同参数如热泳参数、化学反应参数、非均匀热源/热汇参数在速度、温度和浓度分布上的变化,并以图表形式进行了描述。所得结果与以前的结果非常一致。
2017-02-07 physics.flu-dyn
Shell model for stratified convection: implications for the solar convective conundrum
我们将壳模型的概念推广到分层系统,并提出了一个在低马赫数下代表分层、非旋转、非旋转对流的壳模型。激励配置文件的背景分层,支持对流恒星,如太阳,我们研究数值解对应的高度不稳定层以上的轻度不稳定层。我们发现,在低普朗特数,对流振幅随深度在低层减小。这表明,在太阳对流区的深层对流的抑制(对流难题)可以解决,而不必诉诸旋转或磁场。
2022-06-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the departure from Monin-Obukhov surface similarity and transition to the convective mixed layer
本文利用大涡模拟研究对流边界层平均廓线对Monin-Obukhov相似性的偏离,通过引入指数截断项修正Businger-Dyer关系,改善了0.05至0.3倍边界层高度范围内的相似性。
2024-05-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent Rayleigh-Bénard convection in spherical shells
我们数值模拟了非旋转球壳中的Boussinesq对流,流体的单位普朗特数和瑞利数高达$10^9$。在这种几何形状中,重力加速度的曲率和径向变化产生不对称的边界层。一个系统的参数研究的各种半径比(从$η=r_i/r_o=0.2$到$η=0.95$)和重力剖面,使我们能够探索这些参数的不对称性的依赖。我们发现,平均羽间距之间的球形内,外边界表面是可比的。对平均羽流分离的估计使我们能够准确地预测这里探讨的各种球壳构型的边界层不对称性。的平均温度和水平速度剖面是在良好的协议与经典的普朗特-Blasius层流边界层剖面,提供的边界层进行了分析,在一个动态的框架,波动的本地和瞬时边界层厚度。努塞尔数和雷诺数的标度特性进行了研究,通过使用数值模型与$η=0.6$和重力成比例的$1/r^2$的热耗散率和粘性耗散率的体积和边界层的贡献分离。我们发现我们的球形模型与Grossmann \& Lohse(2000)理论的预测是一致的,并且$Nu(Ra)$和$Re(Ra)$标度与平面层结果是很好的一致。
2015-07-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Laminar boundary layers in convective heat transport
我们研究了高瑞利数和高普朗特数区域的瑞利-贝纳德对流,即,我们考虑容器中的流体,其在没有惯性效应的情况下暴露于底部的强加热和顶板的冷却。虽然在散装动力学的特点是由一个混乱的对流热流,在水平容器板的边界层基本上是导电的,因此流体是静止的。因此,平均温度在边界层中呈现线性分布。在这篇文章中,我们严格调查的平均温度和振荡的边界层通过当地的边界上的温度场。此外,我们推断,温度分布确实是基本上线性接近水平容器板。我们的结果是一致的系统参数(如瑞利数)的对数校正项。在我们的分析中,一个重要的工具是一个新的Hardy型估计的对流速度场,它可以用来控制流体运动的层。借助于对流-扩散方程的局部极大正则性估计,导出了温度场的界。
2012-12-12 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn