MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798314899090
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31937283
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a550
■1001  ▼aNicoski,  Justin.
■24512▼aA  Numerical  Investigation  Into  the  Asymptotics  of  Rotationally  and  Magnetically  Constrained  Convection
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a175  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Calkins,  Michael.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Colorado  at  Boulder,  2025.
■520    ▼aNumerical  simulations  of  thermal  convection  with  either  rapid  rotation  or  a  strong  imposed  magnetic  field  are  carried  out.  The  scaling  of  various  quantities  such  as  flow  speeds,  heat  transport,  and  length  scales  are  analyzed  for  these  systems,  with  a  focus  on  the  asymptotic  nature  of  these  quantities.  The  geometry  and  boundary  conditions  are  varied,  with  each  chapter  focusing  on  a  particular  configuration.Chapter  two  considers  a  non-conducting  fluid  contained  between  rotating  spherical  shells  with  no  magnetic  field.  Both  the  Ekman  number  and  the  Rayleigh  number  are  varied  in  order  to  study  the  influence  of  these  parameters.  It  is  found  that  the  asymptotic  scaling  of  the  small-scale  flow  speeds,  forces,  and  some  length  scales  roughly  follow  the  same  asymptotic  scaling  found  in  quasi-geostrophic  plane  layer  convection.  However,  due  to  the  use  of  stress-free  boundary  conditions,  a  large-scale  zonal  flow  develops.  This  large-scale  zonal  flow  follows  a  different  asymptotic  dependence  than  the  small-scale  flow,  and  a  balance  between  Reynolds  stresses  and  viscous  stresses  can  be  used  to  determine  an  asymptotic  scaling  of  the  large-scale  zonal  flow.  This  suggests  that  the  saturation  of  the  zonal  flow  occurs  when  the  zonal  flow  becomes  large  enough  such  that  the  viscous  stresses  are  as  large  as  the  Reynolds  stresses.Chapter  three  considers  plane  layer  convection  with  an  imposed  magnetic  field.  The  imposed  magnetic  field  is  misaligned  with  the  direction  of  gravity,  forming  an  angle  of  135◦  .  The  strength  of  the  magnetic  field  and  Rayleigh  number  are  varied,  which  allows  for  a  similar  analysis  as  conducted  in  chapter  two.  Heat  transport  and  convective  flow  speeds  are  found  to  be  similar  to  the  case  of  a  vertical  magnetic  field,  though  the  tilt  of  the  magnetic  field  ends  up  introducing  a  large-scale  horizontal  flow.  This  large-scale  flow  is  again  found  to  result  from  a  balance  between  the  Reynolds  stresses  and  viscous  stresses,  analogous  to  the  rotating  case  in  chapter  two.  An  empirical  asymptotic  scaling  with  respect  to  magnetic  field  strength  for  the  small-scale  flow  speeds  is  found,  which  can  be  used  with  the  Reynolds  stress  relationship  to  predict  the  scaling  of  the  large-scale  flow  speeds.  The  balance  between  the  Reynolds  stresses  and  viscous  stresses  also  predicts  that  the  zonal  flow  speeds  should  increase  as  the  aspect  ratio  of  the  simulation  domain  is  changed,  which  is  confirmed  for  one  case.  Horizontally  averaged  flows  and  magnetic  fields  are  also  investigated,  though  these  are  found  to  be  asymptotically  small,  and  so  appear  to  be  largely  irrelevant  when  the  imposed  magnetic  field  is  strong.Chapter  four  compares  a  set  of  rotating  spherical  shell  dynamo  cases  with  an  approximate  MAC  (magnetic-Archimedes-Coriolis)  force  balance  to  otherwise  identical  non-magnetic  cases.  Since  the  magnetic  field  is  self-generated  and  not  imposed,  it  is  the  rotation  rate  of  the  system  which  is  important  to  the  asymptotics,  and  the  Ekman  number  dependence  of  the  dynamo  and  non-magnetic  cases  is  compared.  It  is  found  that  the  flow  speeds,  the  viscous  dissipation  length  scale,  the  viscous  force,  and  the  advective  term  of  the  momentum  equation  follow  roughly  the  same  Ekman  number  dependence  for  the  dynamo  and  non-magnetic  cases.  However,  owing  to  the  strong  influence  of  the  Lorentz  force  in  the  dynamo  cases,  the  buoyancy  force  for  the  dynamo  cases  is  found  to  be  asymptotically  stronger  than  the  buoyancy  force  in  the  non-magnetic  cases,  with  the  buoyancy  force  for  the  dynamo  cases  entering  at  the  same  asymptotic  order  as  the  Coriolis  force.  The  reason  for  this  change  in  the  asymptotic  size  of  the  buoyancy  force  is  at  least  partly  explained  by  changes  in  the  dissipation  equation:  the  non-magnetic  cases  require  that  all  dissipation  is  viscous,  which,  under  a  few  assumptions,  limits  the  buoyancy  force  to  be  asymptotically  the  same  order  as  the  viscous  force.  However,  the  dynamo  cases  also  have  magnetic  dissipation,  so  for  strong  magnetic  field  strength,  the  magnetic  dissipation  can  allow  the  buoyancy  force  to  be  asymptotically  larger  than  the  viscous  force.
■590    ▼aSchool  code:  0051.
■650  4▼aGeophysics
■650  4▼aElectromagnetics
■650  4▼aThermodynamics
■653    ▼aAsymptotic
■653    ▼aDynamo
■653    ▼aMagnetoconvection
■653    ▼aQuasi-geostrophic
■653    ▼aRotating  convection
■653    ▼aZonal  flows
■690    ▼a0373
■690    ▼a0467
■690    ▼a0348
■690    ▼a0607
■71020▼aUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-11B.
■790    ▼a0051
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357016▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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