Generation and decay of counter-rotating vortices downstream of yawed wind turbines in the atmospheric boundary layer
为了充分认识偏航对风电场功率最大化和调节的潜力，需要定量了解偏航风力机产生的反向旋转涡对（CVP）的产生和衰减的主要机制。湍流大气边界层中偏航风力机的大涡模拟（LES）观测结果和飞机尾涡文献中的概念为脱落涡度和环流模型提供了信息。该模型是通过对涡量输运方程的简化形式进行解析积分而形成的。该方法基于涡粘性方法，以边界层摩擦速度作为速度尺度，以涡度分布宽度作为长度尺度。与广泛使用的Jensen模型在风力发电场的尾流亏损演变，我们的解析表达式不需要昂贵的微分方程的数值积分。最大涡度和总环流的下游衰减与大涡模拟结果吻合较好。我们还表明，涡度长度尺度线性增长的下游距离，并找到几个最大涡度衰减的幂律。这些结果支持了CVP的衰减是由尾流对称线处涡量通过交叉扩散逐渐抵消所主导的观点。
2020-05-23 physics.flu-dyn
Generation of shear flows and vortices in rotating anelastic convection
我们考虑层结的影响，系统的，大规模的非弹性对流产生的流动。我们提出的结果从三维数值模拟对流在旋转的平面层中的旋转轴和重力之间的角度是允许变化的。该模型代表了球体的不同纬度。我们考虑两种不同的参数制度：（i）弱旋转和（ii）快速旋转。在每一种情况下，我们研究的效果分层的流动结构和热传输特性集中在Boussinesq和滞弹性对流之间的差异。此外，我们表明，制度（一）和（二）产生非常不同的大规模流动，我们调查的作用分层在修改这些流量。分层流具有净螺旋度不存在于Boussinesq的情况下，我们建议，当结合自生剪切流，可能是重要的发电机行动。
2020-06-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Generation of large-scale vorticity in rotating stratified turbulence with inhomogeneous helicity: mean-field theory
本文讨论了具有非均匀动力螺旋度的旋转密度分层发展湍流中大尺度涡量产生的平均场论。我们指出，大尺度非均匀流动是由密度分层旋转湍流和均匀动力螺旋度的联合作用或旋转不可压湍流和非均匀动力螺旋度的联合作用产生的。这些效应导致大尺度剪切的形成，并且由于大尺度剪切和雷诺应力诱导的平均涡量的产生的组合效应，其与小尺度湍流的相互作用又引起大尺度不稳定性的激发（称为涡量发电机）。后者是由于大尺度剪切对雷诺应力的影响。快速旋转抑制了这种大规模的不稳定性。
2018-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Rotating Convection and Gravito-Inertial Wave Generation in Stellar Interiors
重力惯性波可以在对流区和辐射区的界面处以及对流区中的雷诺应力激发。因此，它们的能量通量的大小将随着对流的性质而变化。为了评估对流如何随旋转而变化，本文提出了一种简化的旋转对流局部单峰模型，该模型提供了均方根速度的大小、超绝热度和特征长度尺度作为对流Rossby数以及热扩散系数和粘性扩散系数的函数。在这种对流模型的背景下，两种模型用于评估重力惯性波通量被认为是：界面模型和充分处理的雷诺应力对波的影响。有人发现，有制度的亚惯性波可能携带一个显着的能量通量相对于纯重力波，取决于对流Rossby数，在稳定区域的浮力时间尺度的对流翻转时间的比率，和波的频率。
2019-02-27 astro-ph.EP 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
The effect of magnetic field on mean flow generation by rotating two-dimensional convection
在许多天体中，对流、旋转和磁场的相互作用是非常重要的。本文研究了由旋转对流驱动的大尺度流动和外加磁场之间的相互作用。我们利用一个简单的模型，在两个维度组成的平面层，是旋转轴倾斜的重力。众所周知，这种设置可以导致强平均流，我们数值研究施加水平磁场对这种流动的影响。我们表明，增加场强一般抑制随时间变化的平均流量，但在某些情况下，它组织他们导致更强的时间平均流量。此外，我们讨论了该领域的相关性负责驱动的流量和雷诺和麦克斯韦应力之间的竞争的效果。当（流体和磁性）普朗特数减少时，观察到行为的变化。在较小的普朗特数制度，它表明，显着的平均流量可以持续，即使当淬火的整体流速的字段是相对较强的。
2016-09-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A Heuristic Framework for Next-Generation Models of Geostrophic Convective Turbulence
许多地球物理和天体物理现象都是由湍流流体动力学驱动的，其中包含数十个数量级的行为。虽然直接模拟在理解地球物理系统方面取得了很大的进步，但这些模型仍然存在很小的控制参数范围，难以外推到行星环境中。旋转瑞利-贝纳德对流的正则问题提供了另一种方法-在简化的设置中隔离基本物理。旋转对流的理论研究和渐近简化模拟已经揭示了各种可能与自然系统相关的流动行为，但仍然无法直接模拟。代替这一点，几个新的大型旋转对流装置已被设计来表征这种行为。预测这种潜在的新数据流入将如何与现有结果相结合是至关重要的。令人惊讶的是，一个连贯的框架预测极端旋转对流尚未阐明。在这项研究中，我们结合渐近预测，实验室和数值计算结果，和实验的限制，建立一个启发式的框架，广泛的旋转对流研究之间的交叉比较。我们分类的不同领域的现有预测的背景下，渐近流制度。然后，我们考虑的物理约束，确定流动行为的预测和实验的可达性之间的交叉点。将这一框架应用于几种即将推出的设备表明，实验室研究可能很快就能够表征物理相关的流态。这些新的数据可能会改变我们对地球物理和天体物理湍流的理解，这里开发的概念框架应该提供有意义的讨论这些结果所需的理论基础设施。
2018-06-19 physics.flu-dyn
Generation of magnetic fields by thermomagnetic effects in a nonuniformly rotating layer of an electrically conductive fluid
本文研究了有限厚度导电流体非均匀旋转层中热磁不稳定性产生的磁场。这种不稳定性是由于温度梯度$\nabla T_0$和热电动势系数梯度$\nablaα$引起的。建立了在垂直恒定磁场${\bf{B}}_0 \| {\rm OZ}$存在下，由TM不稳定性产生的环形磁场对非均匀旋转导电流体层中对流不稳定性的影响。应用微扰论方法求解定态Rayleigh数$\textrm {Ra}_c$的超临界小参数$ ε= \sqrt {(\textrm {Ra}-\textrm {Ra}_c) / \textrm {Ra}_c} $，得到了一个Ginzburg-Landau型非线性方程。这个方程描述了扰动的有限振幅的演化。该方程的数值解使得有可能确定在有和没有TM效应的流体层中的热传递。它示出的固定的环形磁场的幅度显着增加与津贴TM效应。
2021-04-21 nlin.AO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A model of rotating convection in stellar and planetary interiors: II -- gravito-inertial wave generation
引力惯性波在对流区和辐射区的界面处以及在旋转恒星和行星的对流区的大部分中由雷诺应力激发。这种波在旋转恒星的频谱中具有显著的星震特征，特别是在快速旋转的早期型恒星中，这提供了探测其内部结构和动力学的手段。它们还可以将角动量、化学物质和能量从激发区域传输到它们在辐射区域中耗散的地方。为了估计这些波的振幅的激励和对流参数的依赖性，采用了一个单峰模型的恒星和行星对流，如在论文I中所述，它提供了作为旋转速率的函数的均方根对流速度的大小。与此对流模型，两个渠道的波驱动被认为是：激励在对流稳定和不稳定的区域之间的边界和激励由于湍流应力。参数制度的亚惯性波可能携带显着的能量通量，这取决于对流Rossby数，界面刚度，和波的频率。超惯性波也可以增强，但仅限于对流Rossby数接近1时。当激发界面激发波的流动的对流罗斯比数低于取决于界面刚度的临界罗斯比数时，界面激发波在较低截止频率附近具有峰值能量通量，而当对流罗斯比数大于临界罗斯比数时，该通量减小。这个临界罗斯比数。
2020-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Observation of dispersive shock waves, solitons, and their interactions in viscous fluid conduits
色散冲击波和孤立子是色散介质中最基本的非线性激励，但迄今为止，色散冲击波的研究受到严重限制。在这里，我们报告了一种新的色散流体动力学实验台：有效的无摩擦动力学的界面波之间的两个高对比度，可混溶，低雷诺数斯托克斯流体。这种情况是通过从下方将较轻的粘性流体注入填充有高粘度流体的柱中来实现的。注入的流体形成可变形的管道，其直径与注入速率成比例，从而能够精确控制对称界面波的产生。浮力驱动非线性界面自陡化，而法向应力引起界面波频散。极慢的质量扩散和质量守恒意味着界面波实际上是无耗散的。这使得在这个空间扩展的系统，发现同意定量与非线性波平均理论的大振幅色散冲击波的高保真度观测。此外，还研究了色散激波回流、色散激波对孤子的折射或吸收以及两个色散激波的多相合并等高相干现象。这里观察到的色散激波和孤子的复杂的、相干的、非线性混合是无耗散的色散流体力学流动的普遍特征。
2016-04-12 nlin.PS physics.flu-dyn
Transition to chaos and magnetic field generation in rotating Rayleigh-Bénard convection
该研究通过数值模拟分析旋转瑞利-贝纳德对流，发现旋转显著影响磁场生成，临界磁普朗特数随旋转率非单调变化，并指出非滞回爆发分岔导致发电机转变。
2024-02-05 astro-ph.EP astro-ph.SR nlin.CD
On the mechanism of self gravitating Rossby interfacial waves in proto-stellar accretion discs
在一个理想化的二维原恒星盘模型中研究了边缘波在自引力影响下的动力学响应。在稳态下，原恒星盘是一个垂直旋转的无限大流体圆柱体，除了在半径r0处有一个单一的密度界面外，密度不变。在基本状态下的流体被规定为旋转的开普勒轮廓$Ω_k(r)\sim r^{-3/2}$修改一些额外的方位角剪切流。线性分析表明，存在两种方位向传播的边缘波，它们与陆地研究中常见的Rossby波和表面重力波类似，它们相对于界面处的局部基态旋转速率彼此反向运动。不稳定性只发生在径向压力梯度与密度跃变（不稳定分层）相反的情况下，在这种情况下，无论系统的分层如何，自重都充当波稳定器。波的传播特性进行了详细讨论的涡度边缘波的语言。Boussinesq和非Boussinesq效应对这些波的稳定性和传播的作用，包括和不包括自重力，然后量化。自引力非Boussinesq效应是涡量产生的一个来源，在基态密度上有一个跳跃，此外，自引力还通过径向主压梯度改变了动力学，这是一种Boussinesq效应。这些机械的见解的进一步应用中提出的结论，包括多密度跳跃或间隙可能是或可能不是稳定的方式。
2016-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mechanism of mean flow generation in rotating turbulence through inhomogeneous helicity
本研究通过数值模拟探究旋转湍流中平均流的产生机制，发现仅螺旋强迫与系统旋转共存时会产生指向旋转轴的平均流，压力扩散项起关键作用，揭示了非均匀螺旋度对大尺度速度分布的重要影响。
2017-09-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Molecular Dynamics Study of The Translation and Rotation of Amphiphilic Janus Nanoparticles at a Vapor-Liquid Surface
我们使用分子动力学（MD）模拟Janus纳米球在液/气界面上的界面钉扎和流体动力学阻力的非均匀性的影响进行研究。我们构建了这个系统的自由能景观，无论是在连续近似使用表面张力和平面界面近似和原子使用MD和热力学积分。这两种方法的结果不同的细节，由于界面变形和有限的宽度，以及热波动，只有MD景观是一致的模拟接近界面的纳米球从液体或蒸汽侧。当沿着界面拖动时，这些Janus粒子表现出与速度相关的倾斜，伴随着拖曳力的微弱变化，但从未增强拖曳力超过完全浸没时的值。这种速度依赖性出现时，界面钉扎在异质性，并防止粒子旋转，并观察到类似的行为均匀，但非球形粒子。具有不同阻力系数的不同粒子取向的出现可能导致明显违反斯托克斯-爱因斯坦关系。
2018-08-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermal convection in rotating spherical shells: temperature-dependent internal heat generation using the example of triple-$α$ burning in neutron stars
我们提出了一个广泛的研究Boussinesq热对流，包括温度依赖的内部热源，基于数值三维模拟。温度依赖性模拟三重$α$核反应和流体几何形状是一个旋转的球壳。这些都是对流吸积中子星海洋研究的关键成分。定义了衡量核加热相关性的无量纲参数${\rm Ra}_n$。我们探讨了流动特性如何随着${\rm Ra}_n$的增加而变化，并给出了天体物理学的动机。对流的发生进行了研究，相对于这个参数和周期性，准周期性，混沌流与相干结构，充分湍流表现为${\rm Ra}_n$是不同的。几个政权的转变，并与以前的结果进行比较，差异加热对流。最后，我们探索（试探性地）我们的结果的潜在适用性的热核爆发在吸积中子星海洋的演化。
2018-12-14 astro-ph.HE astro-ph.SR nlin.PS
Magnetic energy dissipation and mean magnetic field generation in planar convection driven dynamos
发电机在旋转对流平面层的数值研究的重点是磁能和耗散率，和平均场的产生（其中的平均值是采取在水平面）。与通量瑞利数的磁能的缩放是不同的缩放球壳中提出的，而相同的依赖性的磁耗散长度上的磁雷诺数被发现的两种几何形状。在快速旋转的对流平面层中，存在有平均场和无平均场的发电机。
2014-06-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Generation of a symmetric magnetic field by thermal convection in a plane rotating layer
我们研究数值计算磁场产生的热对流与方形周期性细胞在旋转水平层的导电流体与应力的理想导电边界的瑞利数在区间5100 \le R \le 5800。三种发电机，显然没有遇到过，提出：1）稳定和时间周期的制度，其中的流动和磁场是对称的垂直轴。在这种对称性的制度，全球α效应是微不足道的，和复杂的结构系统的振幅方程控制弱非线性稳定性的系统的扰动与大的空间和时间尺度表明，扰动很可能表现出不寻常的复杂模式的行为，在未来的工作中进行研究。2)时间周期性，其中磁场总是集中在对流层的内部，与St Pierre（1993）首次观察到的行为相反，并且通常被认为是无限导电边界的通用行为。3)一个发电机表现出混沌行为的异宿性质，其中一个样本的轨迹享有之间的周期性磁流体动力学制度和轧辊的偏移。辊是无磁性的，但在运动学上产生磁场。结果，当接近轧辊时，磁能几乎下降到零。
2010-04-09 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Tidal dissipation in stably stratified and semi-convective regions of rotating giant planets: incorporating Coriolis forces
本研究建立纳入科里奥利力的球形布西涅斯克模型，发现旋转巨行星的稳定分层流体核可显著增强惯性波与重惯性波的潮汐耗散，足以解释土星卫星迁移率，对系外巨行星潮汐演化也有重要意义。
2023-11-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
