СИММЕТРИЧНЫЙ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ СФЕРИЧЕСКОМ СЛОЕ
Старченко С.В., Котельникова М.С.

Received: September 28, 2001

PACS: 44.35.+c, 47.27.-i, 95.30.Lz, 66.20.+d

DJVU (194.3K)

PDF (383.4K)

Впервые построена общая теория тепломассопереноса, поддерживающего вращение со слегка различными скоростями в условиях, типичных для ядер планет Солнечной системы. Получено аналитическое решение тепловых и диффузионных уравнений без нелинейных членов, ответственных за конвективный перенос. Это сферически-симметричное базовое решение применимо тогда, когда величина теплового потока из ядра планеты меньше или близка к величине адиабатического (радиационного) потока. В общем случае, вычитая базовое решение, мы упрощаем неоднородную систему конвективных уравнений до полностью однородной и безразмерной системы. Последнюю систему контролируют два асимптотически малых параметра: число Россби , характеризующее относительную величину дифференциального вращения, и обобщенное число Экмана , характеризующее относительную роль вязко-диффузионных эффектов при быстром вращении. Главный порядок решения при и потом при при значениях коэффициентов переноса, близких к молекулярным, приводит к симметричному относительно оси вращения базовому течению, направленному преимущественно по азимуту. Жидкость в базовом течении поднимается от твердого ядра по спиралям внутри осевого цилиндра, касающегося экватора твердого ядра, а опускается вдоль узкого слоя вдоль стенок цилиндра. Момент вязких сил во внутреннем пограничном слое Экмана обеспечивает более быстрое вращение внутреннего твердого ядра планет земной группы по сравнению с массивной внешней мантией вследствие роста твердого ядра за счет менее плотного жидкого ядра.