恒星对流超射区湍流性质与对流混合研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
10973035
项目类别：
面上项目
资助金额：
46.0万
负责人：
李焱
依托单位：
中国科学院云南天文台
学科分类：
A1502.恒星结构演化和大气、变星双星和多星系统
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
张钱生；赖祥军；丁彩云；苏杰；
关键词：
对流混合对流超射湍对流模型恒星结构和演化

项目摘要

对流超射增大了恒星内部物质混合的区域，给恒星的结构和演化带来明显的影响。但是在超射区大小和对流混合过程方面存在很大不确定性，阻碍了对流超射研究的发展。我们针对对流外壳向内超射和中心核向外超射两类情况，采用湍对流模型研究对流超射区的物理性质和对流混合过程，试图丰富和完善对超射区湍流动力学结构类型的了解，探索研究对流混合的物理机制和数学模型，并应用其研究太阳对流超射区元素丰度的轮廓，AGB星对流外壳向内超射与对流挖掘效应，大质量恒星中心燃烧核对流超射和化学组成结构的演化等，探讨对流超射与元素丰度梯度和半对流的相互作用，对流混合与元素扩散等的相互作用，以期丰富和拓展关于对流超射现象的认识。

结项摘要

将Li&Yang（2007）提出的湍对流模型应用于处于红巨星分支和渐近巨星分支阶段的中等质量恒星模型中，研究了其对流外壳向内超射区内湍流运动和对流混合的情况，发现湍流速度在进入超射区后表现出幂率衰减的特征。利用湍流速度估计出的湍流扩散系数构造一个扩散型对流混合模型，并应用于中等质量恒星模型中发现，在红巨星分支和渐近巨星分支阶段恒星对流外壳的厚度得到了不同程度的增加，并且对其后蓝回绕过程的发展产生了明显的影响。发展了一种适用于从对流外壳底部向内超射的近似解和渐近解，证实了进入超射区后湍流的运动速度呈现出幂率衰减的规律，并发现其衰减指数完全由湍对流模型的参数决定。利用由此得到的湍流扩散系数构造一个扩散型对流混合模型，研究了太阳对流区底部超射造成的元素部分混合效应。将Li&Yang（2007）提出的湍对流模型应用于大质量恒星中心对流核研究上，发现对流核外存在的元素丰度梯度对对流超射的发展起到很强的抑制作用，而对半对流的发展起到明显的促进作用。这一处理方法改变了以往将超射和半对流当作两个独立的物理过程来处理的传统方法。通过考虑对流运动的元胞形态特征，在对经典的湍流k-epsilon模型中至关重要的参数作出合理的模型化假设后，发展了一种恒星对流的k-omega模型，克服了经典混合长理论无法确定混合长本身，以及无法应用于稳定分层区等缺点。