对发生在对流不稳定流体层中的穿透湍流进行了数值和理论分析。例如，我们选择了规范的Rayleigh-Bénard几何，但现在使用的是底板温度${\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="b">b条</trans>}}<trans\; data-src=">">></trans>\mathrm{<trans\; data-src="4">4</trans>}{}^{<trans\; data-src="\circ ">\circ </trans>}\mathrm{<trans\; data-src="C">C类</trans>}$，顶板温度${\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="t">吨</trans>}}<trans\; data-src="\le ">\le </trans>\mathrm{<trans\; data-src="4">4</trans>}{}^{<trans\; data-src="\circ ">\circ </trans>}\mathrm{<trans\; data-src="C">C类</trans>}$，以及周围的最大密度${\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src="\approx ">\approx </trans>\mathrm{<trans\; data-src="4">4</trans>}{}^{<trans\; data-src="\circ ">\circ </trans>}\mathrm{<trans\; data-src="C">C类</trans>}$在两者之间，导致穿透湍流。与标准Rayleigh-Bénard对流相比，除了Rayleigh数Ra之外，关键的新控制参数是密度反演参数${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src="\equiv ">选择</trans><trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src="-">-</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="t">吨</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans><trans\; data-src="/">/</trans><trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="b">b条</trans>}}<trans\; data-src="-">-</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="T">T型</trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="t">吨</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans>$关键响应参数是相对平均中高温度${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}$和整体传热（即努塞尔数Nu）。我们用数字表示（Ra达到${\mathrm{<trans\; data-src="10">10</trans>}}^{\mathrm{<trans\; data-src="10">10</trans>}}$)从理论上推导出${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}<trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans>$和$\text{<trans data-src="Nu">努</trans>}<trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans><trans\; data-src="/">/</trans>\text{<trans data-src="Nu">努</trans>}<trans\; data-src="(">(</trans>\mathrm{<trans\; data-src="0">0</trans>}<trans\; data-src=")">)</trans>$是普遍地（即，独立于$\text{<trans data-src="Ra">Ra公司</trans>}$)仅由密度反演参数决定${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}$并成功推导出这些普遍依赖性。特别地，${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}<trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans><trans\; data-src="=">=</trans><trans\; data-src="(">(</trans>\mathrm{<trans\; data-src="1">1</trans>}<trans\; data-src="+">+</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}^{\mathrm{<trans\; data-src="2">2</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans><trans\; data-src="/">/</trans>\mathrm{<trans\; data-src="2">2</trans>}$，适用于${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}$低于a$\text{<trans data-src="Ra">Ra公司</trans>}$-相关临界值，超过该值${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}<trans\; data-src="(">(</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src=")">)</trans>$急剧下降并下降到${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}<trans\; data-src="=">=</trans>\mathrm{<trans\; data-src="1">1</trans>}<trans\; data-src="/">/</trans>\mathrm{<trans\; data-src="2">2</trans>}$在${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}<trans\; data-src="=">=</trans>{\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}<trans\; data-src=",">,</trans>\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}$.该临界密度反演参数${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}<trans\; data-src=",">,</trans>\mathrm{<trans\; data-src="c">c（c）</trans>}}$可以通过线性稳定性分析进行精确预测。最后，我们在数值上识别并讨论了大型风洞不同湍流状态之间罕见的过渡${\mathrm{<trans\; data-src="\theta ">\theta </trans>}}_{\mathrm{<trans\; data-src="m">米</trans>}}$.

• 收到日期：2020年12月15日
• 2021年6月7日验收

内政部：https://doi.org/10.103/PhysRevFluids.6.063502