天体物理学
[提交于 2005年7月26日
]
标题: 可压缩流体动力学湍流的密度功率谱
标题: Density Power Spectrum of Compressible Hydrodynamic Turbulent Flows
摘要: 湍流在天体物理环境中无处不在,理解湍流介质中的密度结构及其统计特性在天体物理学中具有重要意义。 在本文中,我们通过驱动的等温流体动力学湍流的一维和三维模拟,研究了跨音速和超音速湍流的密度功率谱,$P_{\rho}$,其均方根马赫数范围为$1 \la M_{\rm rms} \la 10$。 从一维实验中我们发现,随着均方根马赫数的增加,密度功率谱的斜率逐渐变平。 这是因为密度分布从具有{\it 不连续性}的$P_{\rho} \propto k^{-2}$对于$M_{\rm rms} \sim 1$的轮廓转变为具有{\it 峰值}的$P_{\rho} \propto k^0$对于$M_{\rm rms} \gg 1$的轮廓。 我们还发现同样的趋势延伸到三维;也就是说,随着马赫数的增加,密度功率谱变平。 但具有$M_{\rm rms} \sim 1$的流动的密度功率谱具有柯尔莫哥洛夫斜率。 The flattening is the consequence of the dominant density structures of {\it 纤维丝} and {\it 纸张}. Observations have claimed different slopes of density power spectra for electron density and cold H I gas in the interstellar medium. We argue that while the Kolmogorov spectrum for electron density reflects the {\it 跨音速} turbulence of $M_{\rm rms} \sim 1$ in the warm ionized medium, the shallower spectrum of cold H I gas reflects the {\it 超音速} turbulence of $M_{\rm rms} \sim$ a few in the cold neutral medium.
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