Heat transport in the geostrophic regime of rotating Rayleigh-B{é}nard convection
本文报道了在具有纵横比$Γ= 1/2$的圆柱形对流单体中旋转Rayleigh-B{é}nard对流热输运的实验测量结果。流体是普朗特数Pr = 0.7的氦气。控制参数的范围是瑞利数$4 \times 10^9 < {\rm Ra} < 4 \times 10^{11}$和埃克曼数$2 \times 10^{-7} < {\rm Ek} < 3 \times 10^{-5}$（对应于泰勒数$4 \times 10^9 < {\rm Ta} < 1 \times 10^{14}$和对流Rossby数$0.07 < {\rm Ro} < 5$）。我们确定交叉弱旋转湍流对流旋转为主的地转对流，通过实验测量的归一化热传输Nu。在地转制度中的旋转状态的热输送，归一化的零旋转热输送，是一致的尺度的$({\rm RaEk}^{-7/4})^β$与$β\approx 1$。一个相图，封装旋转热对流的潜在地转湍流制度的测量。
2013-09-25 physics.flu-dyn
Suppression of wall modes in rapidly rotating Rayleigh-Bénard convection by narrow horizontal fins
研究通过在垂直壁面添加窄水平鳍片，有效抑制快速旋转 Rayleigh-Bénard 对流中的壁面模态，使壁面热通量贡献可忽略，为地转状态下旋转对流的实验研究扫清障碍。
2023-04-03 physics.flu-dyn
Interactions between two adjacent convection rolls in turbulent Rayleigh-Benard convection
本研究通过带隔墙的双立方腔体湍流Rayleigh-Bénard对流实验，结合基于温度湍流扩散的随机常微分方程模型，揭示了相邻对流卷同向/反向旋转态的稳定机制及自发切换规律，表明宏观热扩散率同时调控卷间相互作用。
2023-06-12 physics.flu-dyn
Inertial convection in rotating fluid spheres
本文通过微扰分析研究了旋转流体球中以惯性波形式出现的对流的起始。的瑞利数的方位波数的依赖性的显式表达式推导和新的结果的情况下，几乎绝热边界。
2009-04-10 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Experimental observation of the geostrophic turbulence regime of rapidly rotating convection
在行星和恒星内部，湍流对流和全球旋转之间的竞争控制着热量和示踪剂的传输，以及磁场的产生。这些物体在从弱旋转对流到快速旋转对流的“地转湍流”状态的动态状态下运行。然而，后一种状态在实验室中仍然难以捉摸，尽管在过去十年中，全世界都在努力设计更高的旋转对流单体。建立在最近的实验方法，对流是辐射驱动的，我们报告的热传输测量与此标度制度的定量协议，实验标度律进行验证对直接数值模拟（DNS）的理想化设置。实验和DNS的标度指数与地转湍流预报结果吻合较好。标度律的前因子大于先前理想化数值研究中诊断的前因子，指出热传输效率对热源和热汇的精确分布具有意想不到的敏感性，这在行星和恒星之间有很大差异。
2022-03-25 physics.flu-dyn
Prograde and meandering wall modes in rotating Rayleigh-Bénard convection with conducting walls
该研究通过直接数值模拟探究水平受限旋转Rayleigh-Bénard对流的壁模特性，揭示了速度边界条件对壁模传播方向的关键调控作用，补充了对流不稳定理论的相关细节。
2024-10-13 nlin.PS physics.flu-dyn
Connecting wall modes and boundary zonal flows in rotating Rayleigh--Bénard convection
使用直接的数值模拟，我们研究旋转瑞利-贝纳德对流在一个圆柱形细胞的瑞利，埃克曼，普朗特数从壁模式的发病到地转制度，一个非常重要的地球物理和天体物理背景下的广泛范围。我们通过长度和时间尺度的连续性和对流热传输的边界纬向流，与湍流体对流在地转制度共存的散装对流发病前发生的线性壁模式状态。我们定量崩溃漂移频率，边界长度，和热输运数据从众多来源在许多数量级的瑞利和埃克曼数。阐明壁面模式和边界纬向流的热输运贡献对于表征有限物理容器中旋转对流的地转制度的性质至关重要，并且对于将实验室对流的地转制度与地球物理和天体物理系统连接起来至关重要。
2021-09-13 physics.flu-dyn
Subcritical turbulent condensate in rapidly rotating Rayleigh-Bénard convection
探讨了在地转湍流区快速旋转的热驱动对流的亚临界行为的可能性。在这种情况下，非局部逆能量转移可能会与更传统的和局部的直接级联竞争。我们表明，即使对于控制参数，没有逆级联先前已被观察到，亚临界过渡到一个大规模的涡状态时，系统初始化的有限振幅的涡偶极子可以发生。这个新的例子双稳态的湍流，这可能不是特定的旋转对流，开辟了新的途径，研究能量转移的强各向异性的三维流动。
2019-01-14 physics.flu-dyn
Convection in Rotating Spherical Fluid Shells
本章首先描述了旋转对流的环形模型。然后介绍了球壳问题的基本方程，并讨论了球壳中柱状对流的发生。惯性模式对流的发病描述盛行在很低的普朗特数。有限振幅对流的性质概述了广泛的普朗特数。赤道附着对流被认为是从惯性模式对流演变而来的。
2009-06-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Fine vortex structure and flow transition to the geostrophic regime in rotating Rayleigh-Bénard convection
我们提出了旋转瑞利-贝纳德对流的柱状涡结构的空间分辨测量。分析了涡旋的方位角速度$u_ϕ(r)$和垂直涡量$ω(r)$的定标径向剖面，并与渐近理论的预测进行了比较。结果表明，在地转对流区，渐近理论能较准确地预测$u_ϕ(r)$和$ω(r)$，但在弱旋转区，需要对渐近理论进行扩展，以解释实验数据的旋转依赖性。我们对涡旋的平均速度、涡度和涡罩结构强度的测量都表明了从周旋转对流到地转对流的流动转变。过渡的参数值的结果与以前的传热测量得到的标度关系一致。
2019-07-25 physics.flu-dyn
Helical distributed chaos in rotating turbulence and convection (with applications to geomagnetic dynamo)
利用螺旋分布混沌的概念研究了螺旋度分布矩在旋转湍流中的作用。直接数值模拟、室内实验和地球物理观测的结果已被用于本研究。它示出，特别是，即使在全球螺旋度等于零的情况下，至少偶矩通常是非零的（由于外观的局部空间区域具有较强的负和正螺旋度），并可以发挥重要的作用，在旋转湍流绝热不变量。旋转浮力驱动的热对流（瑞利-贝纳德和瑞利-泰勒，前者也用于磁流体力学）也进行了研究，并在这方面讨论了这种方法的应用，大质量恒星的对流区和地磁发电机。
2021-11-02 physics.flu-dyn
Triadic resonances driven by thermal convection in a rotating sphere
我们报告的第一次在旋转对流系统的三元共振。使用直接数值模拟，我们发现旋转球形流体中的对流模式可以激发一对惯性模式，其频率和波数与三阶共振条件相匹配。根据对流模式的结构，三元共振可以导致具有较低频率和波数的一对模式的增长，或者具有较高频率和波数的一对模式的增长，为双向能量级联提供了可能的机制。增加的热强迫导致充分发展的湍流，这也表现出波浪状运动，并让人想起惯性波湍流的能量谱。我们的研究结果表明，惯性波的相互作用在旋转对流中起着重要的作用，这对于理解行星和恒星内部的动力学是非常重要的。
2020-12-22 astro-ph.EP nlin.PS physics.ao-ph
Patterns of convection in rotating spherical shells
通过数值模拟研究了内热自引力旋转球壳内的对流模式。虽然湍流状态的主要兴趣在行星和恒星的应用，本文强调更经常的动力学特征在瑞利数不远高于阈值，这是类似于那些可能在实验室或空间实验中观察到的。振幅波动和对流柱的空间调制是常见的功能，在中等和大普朗特数。在低普朗特数制度赤道附着对流演化不同的瑞利数的增加，并表现出早期过渡到混沌状态。强调了完全湍流对流状态下的动力学特征与相干结构的关系。
2009-06-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Mean flow generation in rotating anelastic two-dimensional convection
我们调查的过程，导致在二维滞弹性对流的平均流的产生。简单的模型由一个平面层组成，该平面层绕着与重力倾斜的轴旋转。结果是双重的：首先，我们数值研究了三维对流的发生，特别注意分层的作用，并突出了一个奇怪的对称性。其次，我们调查的机制，驱动纬向和纬向流在两个维度。我们发现，在一般情况下，非平凡的雷诺应力可以导致系统的流量，并使用统计措施，我们量化的分层修改这些流量的连贯性的作用。
2016-02-26 physics.flu-dyn
Global regularity for a rapidly rotating constrained convection model of tall columnar structure with weak dissipation
我们研究一个三维流体模型，描述发生在高大的柱状结构的快速旋转对流。这个模式的目的是研究气旋和反气旋的相干结构。证明了在弱耗散项正则化的条件下，该模型强解的整体存在性、唯一性、对初值的连续依赖性和大时间行为。
2018-10-08 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Rapidly rotating radiatively driven convection: experimental and numerical validation of the `geostrophic turbulence' scaling predictions
本研究通过实验和直接数值模拟验证了快速旋转辐射驱动热对流在'地转湍流'区域的热传输、温度涨落、流速和流动结构标度预测，证明其是观察地球物理和天体物理扩散无关对流区域的有效实验装置。
2024-10-11 physics.flu-dyn
Theory and simulations of rotating convection
我们研究旋转流体中的热对流，以更好地理解旋转恒星和行星中对流区的性质。我们首先导出快速旋转对流的混合长度理论，通过简单的物理论证得出Stevenson（1979）的结果。该理论预测的对流作为施加的热通量和旋转速率的函数，独立的微观扩散系数的属性。特别是，它预测的平均温度梯度;均方根速度和温度波动;和主导热传输的漩涡的大小。我们测试所有这些预测与高分辨率的三维Boussinesq对流在笛卡尔框流体动力学模拟。在两个数量级以上的转速范围内，计算结果与理论计算结果吻合得非常好。例如，温度梯度被预测为在固定通量下旋转速率的4/5次方，并且模拟产生$0.75\pm 0.06$。我们的结论是，混合长度理论是一个坚实的基础，了解在旋转的恒星和行星的对流区的性质。
2014-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Effect of Vadasz term on the onset of convection in a Darcy-Brinkman anisotropic rotating porous medium in LTNE
本文研究Vadasz惯性项对达西-布林克曼多孔介质中对流起始的影响，证明其促进振荡对流而不影响稳态对流，并分析了旋转与各向异性等因素的作用。
2022-11-29 physics.flu-dyn
Transitions between turbulent states in rotating Rayleigh-Benard convection
对弱旋转湍流Rayleigh-Benard对流进行了实验和数值研究。随着旋转和足够大的瑞利数的增加，从一个几乎与旋转无关的热传输的湍流状态到另一个湍流状态与增强的传热观察到在一个关键的逆Rossby数$1/Ro_c \simeq 0.4$。而对于$1/Ro < 1/Ro_c$，取决于参数，大尺度对流卷的强度或者增强或者基本上未被修改，其强度在超过$1/Ro_c$的情况下逐渐减小，在该情况下，其与引起垂直流体输送并因此传热增强的埃克曼涡流竞争。
2009-01-14 physics.flu-dyn
The onset of convection in a rotating layer of viscous fluid with an imposed magnetic field: dependence on the Prandtl numbers
本文研究了具有刚性电绝缘水平边界的导电不可压缩流体水平层中的Boussinesq对流。流体从下方被加热并围绕垂直轴旋转;施加垂直磁场。平凡的稳定状态（流体静止）的不稳定性可以是单调的或振荡的，这取决于问题的参数（运动学和磁普朗特，泰勒和Prandtlasekhar数）。如果泰勒数足够大，出现在单调不稳定中的对流卷将经历库珀斯-洛茨不稳定。我们研究了临界瑞利数、平凡定态的不稳定性类型以及Küppers-Lortz不稳定性的临界泰勒数与普朗特数的关系。我们认为普朗特数不超过1，这是典型的内核的地球。
2011-02-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Generation of magnetic fields by large-scale vortices in rotating convection
我们提出了一个新的自洽发电机机制的产生大规模磁场的自然对象。最近的计算研究描述了旋转湍流对流中大尺度涡（LSV）的形成。在这里，我们表明，对于低于阈值的小规模发电机行动的磁雷诺数，这样的湍流可以维持大规模的磁场-即具有显着组成部分的系统规模的字段。
2015-03-30 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Thermovelocimetric Characterization of Liquid Metal Convection in a Rotating Slender Cylinder
本研究采用新型热测速技术表征细长圆柱内液态镓的旋转Rayleigh-Bénard对流，发现低超临界度下的m=2大尺度涡旋结构，提出壁模态与主体流作用的形成机制，为低普朗特数旋转对流湍流耦合效应提供新见解。
2024-10-04 physics.flu-dyn
Boundary Zonal Flow in Rotating Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
对于细长圆柱体中快速旋转的湍流Rayleigh-Bénard对流，实验和直接数值模拟揭示了边界带状流（BZF），它取代了经典的大尺度环流。BZF位于垂直侧壁附近，并能够增强那里的热传输。虽然BZF的方位角速度是气旋性的（在旋转框架中），但温度是模式1的反气旋性行波，其签名是径向边界附近的双峰温度分布。发现BZF宽度像$Ra^{1/4}Ek^{2/3}$一样缩放，其中Ekman数$Ek$随着旋转速率的增加而减小。
2019-11-21 physics.flu-dyn
Laboratory Exploration of Heat Transfer Regimes in Rapidly Rotating Turbulent Convection
我们报告在实验室实验中的传热和温度分布测量的快速旋转对流在强烈的热强迫（瑞利数$Ra$高达$\sim 10^{13}$）和前所未有的强大的旋转影响（Ekman数$E$低至$10^{-8}$）下的水。中层高度的垂直温度梯度的测量定量连接到渐近快速旋转对流的数值模型的预测，分离各种流动现象。过去的渐近简化模型的有效性的限制，我们发现新的行为在一个政权，我们称之为旋转影响的湍流，旋转是重要的，但不占主导地位，因为在已知的地转湍流制度。在这种新的状态下，温度梯度坍缩成瑞利数标度为$Ra^{-0.2}$。它是有界的从上面的临界对流Rossby数$Ro^*=0.06$独立域纵横比$Γ$，清楚地区分它从充分研究的旋转影响的对流。
2020-09-17 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
Velocimetry in rapidly rotating convection: spatial correlations, flow structures and length scales
旋转Rayleigh-Bénard对流是一个经常使用的模型系统，用于评估由于旋转引起的浮力和Coriolis力的相互作用，这是许多地球物理和天体物理流动中发现的动力学效应的显著相关相互作用。这些流量显示极端值的管理参数：大瑞利数$Ra$，量化的热力强迫的强度，和小埃克曼数$E$，一个参数成反比的旋转速率。这导致了在压力梯度和科里奥利力之间的流动中占主导地位的地转平衡。由于要求同时获得大的$Ra$值和小的$E$值，所以难以用实验室实验和数值模拟来研究旋转对流的所谓地转区。在这里，我们使用流量测量，使用立体粒子图像测速在一个大规模的旋转对流装置在一个水平面中的中等高度，研究丰富的流动现象的地转制度的旋转对流。我们量化的垂直速度和垂直涡度的空间相关性的流量的水平长度尺度，再现的对流泰勒柱和羽流状态的地转制度的两个部分的功能。此外，我们发现在这个水平面上的组织成一个四极涡在较高的瑞利数从羽状状态。
2021-11-03 physics.flu-dyn
Penta-hepta defect chaos in a model for rotating hexagonal convection
在旋转非Boussinesq对流与平均流量的模型中，我们确定了一个制度的时空混沌是基于一个六边形的平面形状，并持续由{ \it诱导成核}的位错五-hepta缺陷。缺陷数量的概率分布函数基本上偏离通常观察到的泊松型分布。这意味着在密度依赖的形式的缺陷的产生和湮灭率之间的强相关性。我们从分布函数和直接从缺陷动态中提取这些速率。
2002-09-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Oscillatory thermal-inertial flows in liquid metal rotating convection
我们提出了第一个详细的热和速度场表征的对流在一个旋转的圆柱形槽的液体镓，它具有类似的行星核心流体的热物理性质。我们的实验室实验，并密切相关的直接数值模拟，都进行了稳定的对流模式发病前的制度。这使我们能够研究的振荡对流模式，侧壁模式和宽带湍流，发展在液态金属稳定的柱状模式出现之前。我们的热测速测量表明，强烈的惯性，热气流的发展，速度达到可比的非旋转的情况下。振荡体对流和壁模式共存于广泛的我们的实验，随着强纬向流的峰值在Stewartson层，但深入到流体体积中的更高的超临界情况下。的流量包含显着的时间平均螺旋度是反对称的整个中平面，表明振荡的液态金属对流包含的运动分量，以维持系统规模的发电机发电。
2021-01-15 physics.flu-dyn
Scaling regimes in spherical shell rotating convection
旋转球壳中的瑞利-贝纳德对流可以被认为是许多天体物理和地球物理流体流动的简化模拟。在这里，我们使用三维直接数值模拟来研究这个物理过程。我们构建了一个数据集的200多个数值模型，涵盖了广泛的参数范围与Ekman数跨越$3\times 10^{-7} \leq E \leq 10^{-1}$，瑞利数范围内$10^3 < Ra < 2\times 10^{10}$和普朗特数单位。我们调查的标度行为的本地（长度尺度，边界层）和全球（努塞尔和雷诺数）的属性在各种物理制度从开始的旋转对流弱旋转对流。接近临界时，对流由粘性、科里奥利力和浮力之间的三重力平衡主导。对于更大的超临界，我们的数值数据的一个子集的渐近无扩散性标度旋转对流$Nu\sim Ra^{3/2}E^{2}$在一个狭窄的分数的参数空间界定的$6\,Ra_c \leq Ra \leq 0.4\,E^{-8/5}$。使用分解成散装和边界层的贡献的粘性耗散率，我们建立了一个理论缩放的流速，准确地描述了数值数据。在快速旋转的湍流对流中，流体体积由科里奥利、惯性和浮力之间的三重力平衡控制，而耗散的其余部分可以归因于埃克曼层中的粘性摩擦。超过$Ra \simeq E^{-8/5}$，对流流动的旋转约束逐渐失去，流动特性发生变化，以匹配旋转主导和非旋转对流之间的状态变化。量$Ra E^{12/7}$为分离旋转和非旋转对流提供了精确的过渡参数。
2016-10-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
A Compressible High-Order Unstructured Spectral Difference Code for Stratified Convection in Rotating Spherical Shells
我们提出了一个新的和强大的可压缩高阶非结构谱差分（CHORUS）代码模拟热对流和相关的流体动力学在恒星和行星的内部。计算几何被视为旋转球壳充满分层气体。在非结构网格上，采用一种稳健高效的高阶谱差分方法（SDM）对流体动力学方程进行离散。谱差分法的计算模板是紧凑的，有利于并行处理。CHORUS在本文中报告的所有测试用例中都展示了出色的并行性能，在NCAR的黄石高性能计算集群上扩展到12，000个核心。通过定义木星和太阳中的全球对流的两个基准案例来验证代码。CHORUS的计算结果与ASH程序的计算结果进行了比较，两者吻合良好，CHORUS程序为模拟诸如多尺度太阳对流、核心对流以及快速旋转扁圆恒星中的对流等各种现象创造了新的机会。
2015-03-06 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.comp-ph
Frictional boundary layer effect on vortex condensation in rotating turbulent convection
我们进行直接数值模拟旋转Rayleigh-Bénard对流的流体与低（$Pr=0.1$）和高（$Pr=5$）普朗特数在水平周期层无滑移的顶部和底部边界。在这两个普朗特数，我们证明了一个高档转移的动能，导致域填充涡结构的发展的存在。足够强的浮力强迫和旋转促进准二维湍流状态的流动，尽管形成的羽状垂直扰动促进所谓的埃克曼泵从粘性边界层。
2020-01-31 physics.flu-dyn
Prandtl-, Rayleigh-, and Rossby-number dependence of heat transport in turbulent rotating Rayleigh-Benard convection
实验和数值数据的传热作为一个功能的瑞利，普朗特，和Rossby数在湍流旋转瑞利-贝纳德对流。对于相对小的$Ra ~ 10^8$和大的Pr，适度的旋转可以将传热提高高达30%。在较大的Ra有较少的传热增强，并在小Pr = 0.7。根本没有传热增强。我们认为，小Pr的行为是由于故障的传热增强Ekman泵，因为更大的热扩散。
2008-11-04 physics.flu-dyn
Confinement of rotating convection by a laterally varying magnetic field
基于旋转对流的球壳发电机模型表明，切向圆柱体内的流动主要由从内核边界延伸到高纬度并向西漂移的离轴羽流控制。早期的研究解释了这种羽流的形成，在一个均匀的轴向磁场的效果，显着增加了在旋转平面层对流的长度尺度。然而，快速旋转的发电机模拟表明，内的切线圆柱体的磁场有严重的横向不均匀性，可能会影响孤立羽流的发病。在我们的发电机模拟中，增加旋转速率（通过降低埃克曼数$E$）会产生逐渐变薄的羽流，这些羽流似乎在寻找磁场最强的位置。受此结果的启发，我们研究了在一个快速旋转的流体层受到横向变化的轴向磁场的对流的线性发病。选择一种腕关节几何形状，其中有限尺寸$(x,z)$在圆柱坐标中模拟$(ϕ,z)$。场的横向不均匀性产生了一种独特的不稳定模式，其中对流完全局限于峰值场区域。即使在磁场强度（由Elsasser数$\varLambda$测量）很小且粘度控制对流的最小长度尺度时，也会发生由磁场引起的流动局部化。孤立羽流出现在切圆柱体内的球壳发电机模拟的最低瑞利数同意密切与粘滞模式瑞利数在平面层线性磁对流模型。横向变化的磁场局部激发粘性模式对流提供了一种机制，形成孤立的羽流在地球的切向圆柱。
2017-04-24 physics.flu-dyn
Connections between Non-Rotating, Slowly Rotating, and Rapidly Rotating Turbulent Convection Transport Scalings
浮力驱动的对流很可能是宇宙中湍流运动的主要驱动力，因此被物理学家，工程师，天文学家和天体物理学家广泛研究。也许并不奇怪，这些不同的社区以不同的方式讨论总的对流行为，通常没有显着的串扰存在于他们之间。在这里，我们试图在这些社区之间建立联系。我们这样做是通过进行一组基本规模的估计，热量和流体动量输送应如何表现在非旋转，缓慢旋转和快速旋转浮力驱动的对流环境。我们发现，缓慢和快速旋转缩放可以通过一个参数，所谓的对流Rossby数$\RoC$，无耗散参数测量浮力驱动相对于旋转的重要性相互关联。此外，我们映射之间的非通量为基础的和通量为基础的，浮力驱动的缩放使用不同的群体。在这样做的过程中，这些缩放显示出不同社区的方法之间存在清晰的联系，并且一些看似不同的缩放实际上是彼此同义的。
2020-09-07 astro-ph.EP astro-ph.SR 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
Mixed convection above a rotating disk
本文研究了半无限流体中旋转的水平圆盘上的混合对流，当圆盘被加热时，圆盘的温度随离中心的距离成二次方变化。稳态相似性解决方案的两个无量纲参数，普朗特数和Grashof数的值的范围内。在小和大普朗特数的限制下进行的渐近分析证实了结果。在有限Prandtl数下，证明了在固定Grashof数下多解的存在性.稳定的解决方案的相似结构失败超过一个临界Grashof数，这是解释在有限时间奇异的非定常形式的控制方程。
2012-11-16 physics.flu-dyn
Bistability and hysteresis of dipolar dynamos generated by turbulent convection in rotating spherical shells
证明了旋转球壳中湍流对流磁流体动力偶极发电机的双稳态和磁滞现象。磁滞出现作为两个不同的制度之间的过渡偶极发电机具有相当不同的属性，包括轴对称极向场分量的幅度的显着差异，并在差分旋转的形式。的双稳态发生从发电机行动的发病高达约9倍的临界值的瑞利数的对流发病和在很宽的范围内的普通和磁普朗特数的值，包括值的统一。
2009-04-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Double-diffusive convection in a rotating cylindrical annulus with conical caps
双扩散对流驱动的热浮力和组成浮力在旋转的圆柱形环与圆锥形帽被认为是与目的建立是否一小部分的组成浮力添加到热浮力（反之亦然）可以显着降低临界瑞利数和放大行星核心的对流。它示出的中性表面描述的双浮力的情况下，对流的发病是本质上不同的研究的纯热的情况下，确实允许低瑞利数对流的可能性。特别是，孤立的岛屿的不稳定性形成的一个额外的“双扩散”本征模在某些区域的参数空间。然而，这种低瑞利数对流的振幅是相对较弱的。在类似的流量振幅纯成分和双扩散的情况下，其特征在于由一个更强的时间依赖性相比，纯热的情况下，和由一个canderde平均纬向流附近的内圆柱表面。行星核心对流的结果的影响进行了简要讨论。
2011-04-20 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the Spiral Roll State in Heat Convection between Non-Rotating Concentric Double Spherical Boundaries
本文研究了张等报道的具有相反温度梯度的非旋转双同心球边界Boussinesq流体系统中的单臂螺旋滚动状态。（Phys.Rev.E，v66，055203，2002）进行了详细的数值研究。研究表明，即使在相对较厚的间隙中，该状态也可以存在，而不是我们之前的报告中使用的具有有限恒定角速度的行波解。
2015-01-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Asymptotic Behavior of Heat Transport for a Class of Exact Solutions in Rotating Rayleigh-Bénard Convection
快速旋转Rayleigh-Bénard对流的非静力准地转近似允许一类精确的“单模”解。这些解决方案对应于稳定的层流对流与一个可分离的结构组成的一个水平的平面形状，其特征在于由一个单一的波数乘以一个垂直的振幅分布，后者作为一个非线性边值问题的解决方案。与这些解决方案相关的热输运的制度，研究强热强迫（大约化瑞利数$\widetilde{Ra}$）。它表明，努塞尔数$Nu$，对流传热效率的无量纲措施，这类解决方案是有界的$Nu\gtrsim \widetilde{Ra}^{3/2}$，独立的普朗特数，在大的限制减少瑞利数。匹配上界仅包括对数校正，显示估计的准确性。竖向结构的非线性边值问题的数值解与解析界一致。
2014-08-16 physics.flu-dyn
Transitions in turbulent rotating Rayleigh-Bénard convection
对无滑移和自由滑移边界条件下的旋转Rayleigh-Bénard对流进行了数值模拟。我们的目标是找到一个标准区分对流为主的科里奥利力从那些几乎不受旋转。如果使用热传递作为流动处于哪种状态的指示器，则发现对于两种边界条件，流动状态之间的过渡总是发生在雷诺数、普朗特数和埃克曼数的某个组合的相同值处。如果在另一方面，一个使用的螺旋度的速度场，以确定流动几乎独立于旋转，一个发现在参数空间中的一个不同的位置的过渡。
2010-06-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the necessary conditions for bursts of convection within the rapidly rotating cylindrical annulus
在旋转对流系统中经常发现纬向流。这些喷流不仅是由对流驱动的，它们还可以对对流的性质产生深远的影响。在这项工作中，圆柱形的环形几何形状被利用，以进行非线性模拟，寻求产生强大的带状流和多个射流。参数制度扩展到普朗特数是不统一的。多个射流被发现是间隔根据莱茵缩放的纬向流速度的基础上，而不是对流速度。在一定条件下，非线性对流以准周期爆发的形式出现。平均场的稳定性分析进行了一个基本状态，包含两个纬向流和平均温度梯度从非线性模拟。对流增长率波动与这两个平均数量表明，这两个都是必要的，以爆裂现象的发生。
2013-07-24 physics.flu-dyn
On the Rayleigh--B\' enard convection problem for rotating fluids
本文证明标准Oberbeck–Boussinesq近似无法作为旋转坐标系中Navier–Stokes–Fourier系统的奇异极限获得，挑战了传统热驱动流体模型。
2025-08-04 math.AP physics.flu-dyn
Pattern selection and restricted vortex dynamics by spatial periodic forcing in rapidly rotating Rayleigh-Bénard convection
模式形成与外部强加的对称性是普遍存在的性质，但很少研究。我们提出的实验研究斑图形成和选择的空间周期性强迫在快速旋转对流。我们观察到对称的对流模式的形式，经常涡格子附近的不稳定性发病时，外部强迫的周期性设置接近的内在涡间距。我们发现，新的模式出现作为一个动力学过程的不完善的分歧，可以很好地描述了一个金斯堡-朗道模型。随着浮力强度的增加，外部强迫的影响减弱，对流涡从静止状态演变为受限制的最终随机运动。
2022-01-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Scale-dependent force balance governs transition to the geostrophic regime in liquid metal rotating convection
State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures and School of Aerospace, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室）；Center for Complex Flows and Soft Matter Research and Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学力学与航空航天工程系复杂流动与软物质研究中心）；Research Institute of Intelligent Complex Systems, Fudan University（复旦大学智能复杂系统研究院）；Department of Physics, Southern University of Science and Technology（南方科技大学物理系）
通过实验和数值模拟，发现低普朗特数液态金属旋转对流中，大尺度环流被抑制并产生特征水平尺度ℓ，基于ℓ的浮力-科里奥利力平衡而非边界层交叉控制进入地转状态的转变，并导致热输运标度偏离边界层预测。
2026-06-03 physics.flu-dyn
Anomalous vortex motion induced by asymmetric vorticity distribution in rapidly rotating thermal convection
在旋转Rayleigh-Bénard对流中，柱状涡以随机方式水平平流。当存在离心浮力时，涡流表现出径向运动，可以通过Langevin型随机模型来解释。令人惊讶的是，在离心占主导地位的流动制度，这是众所周知的离心效应相反，观察到的旋风异常向外运动。我们将这种现象解释为离心浮力引起的涡的数量和涡度的破缺。因此，气旋服从强反气旋主导的集体涡旋运动。我们的研究为广泛存在于许多自然系统中的涡旋运动提供了新的认识。
2019-07-09 physics.flu-dyn
The cross-over from viscous to inertial lengthscales in rapidly-rotating convection
本研究通过数值模拟发现，快速旋转对流中黏性主导到惯性主导的过渡发生在惯性尺度约等于黏性尺度时，表明无磁场核心对流由惯性尺度主导。
2025-02-27 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Bounds for rotating convection at infinite Prandtl number from semidefinite programs
数值计算了无限普朗特数下无滑移和无应力边界条件下旋转对流的极向和环向动能和热输运边界。在此计算中调用的约束是线性或二次的问题变量，并导致制定一个半定规划。在泰勒数固定的情况下，边界定性地表现为瑞利数的函数，与有界的量相同。当Rayleigh数小于对流发生的临界Rayleigh数时，边界为零;当Rayleigh数大于对流发生的临界Rayleigh数时，边界随Rayleigh数的增加而迅速增大;当Rayleigh数较大时，边界随Rayleigh数的增加而缓慢增大。如果瑞利数的依赖关系近似的幂律，一个获得更大的指数从边界上的努塞尔数瑞利数刚开始比从实际的努塞尔数依赖已知的大，但有限的普朗特数。线性不稳定模式的波长在对流开始出现作为一个相关的长度尺度的界限。
2022-08-28 physics.flu-dyn
Viscous Dissipation and Dynamics in Simulations of Rotating, Stratified Plane-layer Convection
本文利用 Dedalus 模拟非弹性理想气体的旋转密度分层平面对流，揭示剧烈对流下积分耗散加热与黏度、热扩散率无关，并阐明旋转如何改变耗散空间分布、动能通量及热输运。
2024-01-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Diffusivity-Free Turbulence in Liquid Metal Rotating Rayleigh-Bénard Convection Experiments
本文针对行星和恒星对流的无扩散湍流终极状态实验研究受边界层扩散阻碍的问题，利用旋转液态金属的边界无关振荡热惯性模式实现无扩散标度，通过三重测量验证该状态并与模型定量一致，为天体物理系统对流预测提供验证。
2025-04-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Toroidal and poloidal energy in rotating Rayleigh-Bénard convection
本文研究了普朗特数为$Pr = 0.8$的流体在纵横比为$Γ= 1/2$的圆柱形胞腔中的旋转Rayleigh-Bénard对流。对瑞利数范围$10^5 \leq Ra \leq 10^9$和逆Rossby数范围$0 \leq 1/Ro \leq 20$进行了直接数值模拟。我们提出了一种方法来捕捉政权过渡的基础上分解的速度场成环形和极向部分。我们确定了四种不同的制度。首先，只要环向能量$e_{tor}$不受旋转影响并且保持等于非旋转情况下的环向能量$e^0_{tor}$，就会出现浮力主导的状态。第二，旋转影响的制度，开始于旋转速率，其中$e_{tor} > e^0_{tor}$和结束于一个关键的逆罗斯比数$1/Ro_{cr}$，这是由环向和极向能量，$e_{tor} = e_{pol}$的平衡确定。第三，旋转占主导地位的制度，其中的环向能量$e_{tor}$大于两者，$e_{pol}$和$e^0_{tor}$。第四，地转湍流制度的高旋转率的环形能量下降到非旋转对流的值以下。
2014-04-30 physics.flu-dyn
Approaching the Asymptotic Regime of Rapidly Rotating Convection: Boundary Layers vs Interior Dynamics
结合直接数值模拟（DNS）、实验室实验和渐近模拟的结果，研究了快速旋转的Rayleigh-Bénard对流。渐近理论提供了一个很好的描述低，但有限的Rossby数的散装动力学。然而，大偏差的渐近预测传热缩放被发现，实验室实验和DNS始终产生比预期大得多的努塞尔数。这些偏差被追溯到动态活跃的埃克曼边界层，这被证明是发挥不可分割的一部分，在控制传热，即使埃克曼数小到$10^{-7}$。通过添加一个分析参数化的Ekman运输模拟使用无应力边界条件，我们表明，热传递跳跃的值广泛兼容的渐近理论的状态，强烈增加热传递，在良好的定量协议与无滑移DNS和兼容的实验数据。最后，类似于非旋转对流，我们发现没有单一的标度行为，而是多个定义良好的动力学制度存在于快速旋转对流系统。
2014-09-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Diffusion-free scaling in rotating spherical Rayleigh-Bénard convection
直接数值模拟揭示了三个明显不同的流动区域在旋转球Rayleigh-Bénard对流。在低纬度地区$\mathrm{I}$，在热的内球和冷的外球之间产生垂直（平行于旋转轴）对流柱。中纬度地区$\mathrm{II}$主要是由垂直排列的对流柱之间形成的北半球和南半球的外球。无扩散尺度，这表明体积占主导地位的对流，起源于这个中纬度地区。在赤道区域$\mathrm{III}$中，涡流受到外部球形边界的影响，并且比区域$\mathrm{II}$中的涡流短得多。在球形瑞利-贝纳德对流中，具有背景旋转的热驱动湍流被发现具有三个明显不同的流动区域的特征。无扩散标度表明热传递是以体积为主的，它起源于中纬度地区，在该地区，垂直排列的涡旋在外球的南北半球之间伸展。这些结果表明，在旋转对流的流动物理性质是定性的不同，在平面和球形几何。这一发现强调了研究球形几何中的对流对于更好地理解地球物理和天体物理流动现象至关重要。
2021-10-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph
