対流
上層ほど密度の大きな流体が静力学的不安定となり、流体の運動が生ずる対流を鉛直対流と呼ぶ。温度による流体の密度の変化が原因となる熱対流が最も一般的な例である。
熱対流の体系的な研究は、1900年にフランスのアンリ・ベナール(フランス語版)による実験から始まった。パラフィン、鯨油などの粘性の高い流体層の下面を一様に加熱すると、加熱された流体は浮力により上昇するため、流体内部に半定常的な細胞状の模様(対流セル)が形成されることがある。細胞の中心付近では上昇流、境界付近では下降流になっている。これをベナール・セルと呼ぶ。1916年にレーリー卿は、その理論的な解析を行った。そのことから細胞状のパターンが生ずる熱対流をレーリー=ベナール型対流と呼ぶ。
ブジネスク近似(熱膨張による密度変化に比べて、膨張圧縮による密度変化が無視できる流体)が成り立つ流体におけるレーリー=ベナール型対流は、実際の流体の厚さには直接関係無く、レーリー数 R a {\displaystyle Ra} とプラントル数 P r {\displaystyle Pr} と呼ばれる無次元の物理量によってその形状が決まる。対流が発生する最小のレーリー数を臨界レーリー数と呼び、その値は(流体系の上下とも固定境界の時は)約1,708である。