Convective turbulent viscosity acting on equilibrium tidal flows: new frequency scaling of the effective viscosity
Convective turbulent viscosity acting on equilibrium tidal flows: new frequency scaling of the effective viscosity
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作用于平衡潮汐流的对流湍流粘度：有效粘度的新频率缩放
DOI：
10.1093/mnras/staa2216
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发表时间：
2020
影响因子：
4.8
通讯作者：
Duguid C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Duguid C
湍流对流被认为在抑制恒星和巨行星中的潮汐流动时起到有效粘度(νE)的作用。然而，这一机制的有效性一直备受争议，特别是在潮汐频率(ω)超过主要对流涡旋的翻转频率(ωc)的快速潮汐区域。我们给出了流体动力学模拟的结果，以研究对流带小块中潮流与对流的相互作用。这些模拟建立在我们之前工作的基础上，通过模拟更大的水平盒子中的更多湍流对流，在这里我们探索了更广泛的参数范围。我们得到了几个新的结果：(1)ν的EIS依赖于频率，当ω/ωc≲为1时，标度为ω−0.5时，似乎只在很小的频率(≲c−10−2)才达到其最大恒定值。这种低频潮汐强迫频率的减少是以前从未观察到的。(2)对于低频和中频，νE的频率依赖性似乎遵循与能量(或雷诺应力)频谱相同的标度。(3)对于高频(ω/ωc≳1和−5)，νE∝和ω−2.4)能量占优势的对流模式对νE的贡献似乎总是最大的，而不是科尔莫戈洛夫级联中的共振涡旋。这些结果对恒星和行星对流区的潮汐耗散具有重要的意义，并表明应该重新审视恒星和巨行星中平衡潮汐的经典潮汐理论。我们简要地谈到演化恒星周围行星轨道衰变的含义。
Turbulent convection is thought to act as an effective viscosity (νE) in damping tidal flows in stars and giant planets. However, the efficiency of this mechanism has long been debated, particularly in the regime of fast tides, when the tidal frequency (ω) exceeds the turnover frequency of the dominant convective eddies (ωc). We present the results of hydrodynamical simulations to study the interaction between tidal flows and convection in a small patch of a convection zone. These simulations build upon our prior work by simulating more turbulent convection in larger horizontal boxes, and here we explore a wider range of parameters. We obtain several new results: (1) νEis frequency dependent, scaling as ω−0.5when ω/ωc≲ 1, and appears to attain its maximum constant value only for very small frequencies (ω/ωc≲ 10−2). This frequency reduction for low-frequency tidal forcing has never been observed previously. (2) The frequency dependence of νEappears to follow the same scaling as the frequency spectrum of the energy (or Reynolds stress) for low and intermediate frequencies. (3) For high frequencies (ω/ωc≳ 1 − 5), νE∝ ω−2. 4) The energetically dominant convective modes always appear to contribute the most to νE, rather than the resonant eddies in a Kolmogorov cascade. These results have important implications for tidal dissipation in convection zones of stars and planets, and indicate that the classical tidal theory of the equilibrium tide in stars and giant planets should be revisited. We briefly touch upon the implications for planetary orbital decay around evolving stars.
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DOI：
10.1086/427082
发表时间：
2004-12
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
--
作者：
S. Meibom;R. Mathieu
通讯作者：
S. Meibom;R. Mathieu
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影响因子：
3.7
作者：
O. Liot;F. Seychelles;Francesco Zonta;Sergio Chibbaro;Thibaut Coudarchet;Y. Gasteuil;J. Pinton;J. Salort;F. Chillà
通讯作者：
F. Chillà
恒星和巨行星的平衡潮汐：I - 共面情况
DOI：
10.1051/0004-6361/201118160
发表时间：
2012
期刊：
arXiv: Solar and Stellar Astrophysics
影响因子：
--
作者：
F. Remus;F. Remus;S. Mathis;J. Zahn
通讯作者：
J. Zahn
影响因子：
4.9
作者：
M. Zimmerman;S. Thompson;F. Mullally;J. Fuller;Avi Shporer;K. Hambleton
通讯作者：
K. Hambleton
DOI：
10.1086/304505
发表时间：
1997-01
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
--
作者：
J. Goodman;S. P. Oh
通讯作者：
J. Goodman;S. P. Oh