Приведена замкнутая система трехмерных гидродинамических уравнений масштаба среднего движения, предназначенная для моделирования спиральной турбулентности во вращающемся астрофизическом диске. Выведены уравнения диффузии для осредненного вихря и уравнение переноса интегральной вихревой спиральности. Сформулирована общая концепция возникновения энергоемких мезомасштабных когерентных вихревых структур в термодинамически открытой подсистеме турбулентного хаоса, связанная с реализацией обратного каскада кинетической энергии в зеркально-несимметричной дисковой турбулентности. Показано, что отрицательная вязкость во вращающейся дисковой трехмерной системе является, по-видимому, проявлением каскадных процессов в спиральной турбулентности, когда осуществляется инверсный перенос энергии от малых вихрей к более крупным. Показано также, что относительно длительное затухание турбулентности в диске связано с отсутствием отражательной симметрии анизотропного поля турбулентных скоростей относительно его экваториальной плоскости. Работа носит обзорный характер, сделанный с целью усовершенствования новых моделей астрофизических немагнитных дисков, для которых эффекты спиральной турбулентности играют определяющую роль.

астрофизический диск, спиральная турбулентность, обратный каскад энергии, отрицательная вязкость

Математическое моделирование в актуальных проблемах науки и техники

Колесниченко Александр Владимирович,  ,  orcid.org/0000-0003-1416-5634,  ИПМ им. М.В. Келдыша РАН