底部加热长方体腔内自然对流的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分格式,对底部加热三维长方体腔内空气的自然对流进行了数值模拟。根据模拟结果,探讨了方腔内流体流动与换热的静态分岔与振荡等非线性现象。数值结果显示,在固定的几何尺寸和不同Ra的情况下,当初始场不同时,会出现若干不同的解,即存在解的静态分岔;在固定的几何尺寸和相同的初始场情况下,低Ra时流动和换热处于稳态,当Ra超过某一临界值时,流动和换热就会随时间振荡,并通过倍周期分岔过渡到混沌;当方腔的几何尺寸不同时,分岔点的特征值Ra也发生变化。     

封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性

本文通过数值计算探讨了封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性。数值计算以整个圆为计算区域,采用了非稳态的数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。在相同条件下计算结果和实验结果符合很好。数值结果显示, 当几何结构一定时,Rayleigh数Ra小于某个临界值时,流动和换热处于稳态,并且关于垂直中心线对称;Ra大于这个临界值时,流动和换热是振荡的,非对称的。数值实验还表明,流动和换热出现振荡时的临界Rayleigh数Rac与开缝圆的开缝度有关,且流动和换热的振荡会出现对称振荡和非对称振荡两种情形。     

底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热的分岔

本文用具有QUICK方案的SIMPLE算法对底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热进行了数值计算,研究了这种流动与换热问题数值解的分岔问题。计算发现,在2200相似文献   

周期切换下Chen系统的振荡行为与非光滑分岔分析

研究了不同参数Chen系统之间进行周期切换时的分岔和混沌行为.基于平衡态分析,考虑Chen系统在不同稳态解时通过周期切换连接生成的复合系统的分岔特性,得到系统的不同周期振荡行为.在演化过程中,由于切换导致的非光滑性,复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而且会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.通过Poincaré映射方法,讨论了如何求周期切换系统的不动点和Floquet特征乘子.基于Floquet理论,判定系统的周期解是渐近稳定的.同时得到,随着参数变化,系统既可以由倍周期分岔序列进入混沌,也可以由周期解经过鞍结分岔直接到达混沌.研究结果揭示了周期切换系统的非光滑分岔机理.     

方形空间内混合对流换热的数值研究

以建筑物内人工环境控制为应用背景,对有对称空气射流的方形空间内混合对流换热进行了数值模拟,探讨了这种具有对称结构的混合对流换热解的分岔问题。数值结果表明,Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、强制通风气流的射流角度、以及方形空间的宽高比都会影响解的分岔。当Ｒｅ数超过某一临界值时,会出现非对称数值解。宽高比减小,出现非对称解的临界Ｒｅ数也随之减小。Ｒｅ数、宽高比一定,仅当通风气流的射流角度在某个范围内时,能够得到非对称的数值解。     

周期切换下Rayleigh振子的振荡行为及机理

本文研究了自治与非自治电路系统在周期切换连接下的动力学行为及机理.基于自治子系统平衡点和极限环的相应稳定性分析和切换系统李雅普诺夫指数的理论推导及数值计算.讨论了两子系统在不同参数下的稳态解在周期切换连接下的复合系统的各种周期振荡行为,进而给出了切换系统随参数变化下的最大李雅普诺夫指数图及相应的分岔图,得到了切换系统在不同参数下呈现出周期振荡,概周期振荡和混沌振荡相互交替出现的复杂动力学行为并分析了其振荡机理.给出了切换系统通过倍周期分岔,鞍结分岔以及环面分岔到达混沌的不同动力学演化过程.     

分段线性混沌电路的非光滑分岔分析

讨论了分段线性的电容混沌电路的动力学行为.由数值模拟得到了对称的周期解和混沌吸引子.通过引入广义Jacobian矩阵,以周期解为例,从理论上分析了系统由电容电量的分段线性而引起的非光滑分岔,并合理解释了系统动力学行为产生的机理及其演化规律,其结论与数值计算的结果大致符合.     

两子系统在周期切换连接下的振荡行为及其机理

研究了两非线性系统在周期切换连接下的分岔和混沌行为.通过局部分析,分别给出了两子系统参数空间诸如Fold分岔、Hopf分岔等临界条件,进而考虑两子系统存在不同稳态解时通过周期切换连接下的复合系统的分岔特性,给出了不同的周期振荡行为,并揭示了其相应的产生机理.指出系统轨迹可以由切换点分割成不同的部分,分别受两子系统的控制,而随参数的变化,切换点数目成倍增加,导致系统由倍周期分岔序列进入混沌.同时,在其演化过程中,虽然子系统定性保持不变,但由于切换导致的非光滑性,复合系统不仅仅表现为两子系统动力特性的简单连接,而是会产生各种分岔,导致诸如混沌等复杂振荡行为.     

空气阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响

一个在振动台面上蹦跳的小球具有复杂的运动形式，如倍周期分岔和混沌．如果球与台面间的碰撞是完全非弹性的，则球的运动是倍周期的，不存在混沌．在分岔相图中，鞍一结不稳定性引入“平台”结构，同时存在倍周期轨道的密集区．这里将研究空气的黏滞阻力对完全非弹性蹦球动力学行为的影响．分析表明，空气阻力很弱时，分岔序列不受影响，但分岔点的数值变大，“平台”和密集区加宽．空气阻力较大时，“平台”与密集区重叠．重叠区内原有产生倍周期运动的机理被破坏，球的运动是混沌的．     

周期性锯齿型通道内流动和换热研究

用非稳态层流模型对锯齿型通道内周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟．Re=600时数值结果已发生明显振荡,而从入口段算起的第9、10个几何周期的平均Nu数与用周期性充分发展条件计算得到的平均Nu数吻合良好;在此基础上,计算通道周期长度L与通道垂直高度b的比值及通道倾角α等几何结构尺寸对周期性充分发展流动和换热的影响,计算结果表明,增大α和减小L／b都易促使流动产生涡旋,从而增强换热．     

低Prandtl数水平流体层自然对流的振荡和分歧

本文用具有QUICK方案的有限差分法对底部加热的低Prandtl数水平流体层自然对流换热进行了数值计算,研究了这种问题中存在的振荡和分歧问题。结果显示,在Ra的一定取值区间,有4涡型流场和5涡型流场两个解的分支。但在这个区间以外,最终的结果没有出现分歧。在所发现的两个解的分支中,问题由稳态转变为非稳态的临界Racr是不同的。     

水平温差对环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响

双向温差驱动下的Marangoni-热毛细对流在许多工程技术领域具有重要作用, 但是, 已有的大部分研究集中于单向温差作用下的流动. 因此, 采用数值模拟的方法研究了水平温差对双向温差驱动下的环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响. 在一个给定的顶部换热条件下, 确定了不同水平温差作用下流动由轴对称稳态流动向三维非稳态流动转变的临界底部热流密度. 结果表明, 水平温差使得Marangoni-热毛细对流不稳定; 随着水平温差的持续增强, 稳态流动转变为一种规律的振荡流动, 最终变得混乱; 发现两种新的状态演化过程; 确定了水平温差和垂直温差在共同驱动流体运动时各自发挥的作用; 随着水平温差的增强, 最初出现在中间区域的最高表面温度不断向热壁移动, 在此过程中, 内壁附近的流动增强, 而外壁附近的流动减弱.     

圆内开缝圆自然对流的Ruelle-Takens混沌道路

使用热格子Boltzmann方法针对圆内开缝圆自然对流的流动与换热进行数值模拟，通过相空间、功率谱等进行非线性动力学特性分析，研究其流动与换热的稳定性.结果表明：随着瑞利数Ra的增加，流场的相图从开始稳定的平衡点经历Hopf分岔后转变为极限环，表明流场进入一个倍周期性振荡状态；随着瑞利数进一步增加，稳定的极限环分岔为二维环面，系统相空间结构复杂化；当瑞利数Ra大于某一临界值时，二维环面分岔突变进入混沌状态，系统在相空间中出现非常复杂的轨线结构.总体上，通过系统不同瑞利数所对应的非线性动力学特性的表现形式，表明系统经过Ruelle-Takens道路到达混沌，展现出自然对流从稳定的流动和换热发展到非线性运动特征的混沌历程.     

Microwave heating of liquid at the forced flow around a flat plate under the conditions of non-stationary radiation-convection heat transfer

A class of nonlinear problems of non-stationary radiation-convective heat transfer under the conditions of microwave action with a small depth of penetration is considered in a forced laminar flow of liquid around a flat plane. The solutions to these problems are obtained using the effective asymptotic procedures at the successive stages of nonstationary and stationary radiation-convective heat transfer on the heat-radiating horizontal plane. The non-stationary and stationary stages of solution are matched using the “longitudinal coordinate-time” characteristic. The solutions constructed on such principles correlate reliably with the exact ones at the limiting values of such parameters as a small and large intensity of external thermal impact, small and large times, etc. The error of solutions does not exceed 1–7 %. As the plate is removed from the leading edge of the plate due to heat radiation, convective heat transfer degenerates from values characteristic of the boundary condition of the second kind to the values characteristic of the boundary condition of the first kind. A strong effect on the nature of variations of the surface temperature and Nusselt number of the complex parameter of microwave and thermal radiation is noted. An important advantage of the developed method for solving this class of external problems is that even before complex calculations it is possible to perform an exhaustive analysis of the fundamental laws of the processes under study. Despite a number of initial simplifications, the latter do not significantly affect the accuracy of results, guaranteeing reliable quantitative information. The developed method can also be extended to the regimes of forced convection with linear dependence of physical properties on temperature using transformation of A.A. Dorodnitsyn. To confirm adequacy of the constructed mathematical model, stationary radiation-convective heat transfer under the forced flow around a flat plate was studied experimentally. The results of comparison of the theoretical and experimental data show that they are in a good agreement. This again confirms the effectiveness of the developed method for constructing theoretical solutions to the nonlinear problems of forced convection using the asymptotic procedures.     

Investigation on Rijke pipe＇s acoustic characteristics by numerical simulation： modeling the pulsing flow field coupled the inner of pipe with its outer space

Based on the results of fluid dynamics, heat transfer and acoustics, a Computational Fluid Dynamics （CFD） method was utilized to study the acoustic characteristics and self-excited pulsation mechanism inside a Rijke pipe. To avoid settling the irrational boundary conditions of the finite-amplitude standing wave in the Rijke thermo-acoustic system, the simulation modeling in the flow field, which coupled the inner of pipe with its outer space, was carried out to replace the traditional way in form of internal flow field numerical investigations. A hypothesis for heat source in energy equation including the relationship on unsteady heat of air around heat source, oscillation pressure and oscillation velocity was presented. To reflect the essence of Rijke pipe, simulation on self-excited oscillation was conducted by means of its own pulsation of pressure, velocity and temperature. This method can make the convergence process steady and effectively avoid divergence. The physical phenomenon of the self-excited Rijke pipe was analyzed. Moreover, the mechanisms on the Rijke pipe＇s self-excited oscillation were explained. Based on this method, comparative researches on the acoustic characteristic of the Rijke pipe with different size and different shape of nozzle were performed. The simulation results agreed with the experimental data satisfactorily. The results show that this numerical simulation can be used to study the sound pressure of nozzle for the engineering application of Rijke pipes.     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

圆管层流脉冲流动对流换热数值分析

对等热流和等壁温边界条件下圆管内层流脉冲流动对流换热问题进行了数值模拟。在等热流边界条件下的数值计算结果与理论解吻合很好。计算结果表明:在等热流和等壁温边界下脉冲流动可引起速度、温度以及努塞尔数随时间波动,振幅越大,脉冲频率越小,波动越大。但它们的时均值均等于在相同雷诺数下稳态流动的值,脉冲流动不能强化换热。     

几何位置对封闭方腔内水平孤立平板自然对流换热的影响

本文以冰箱蒸发器等实际问题为背景，以空气为介质用数值模拟方法研究了封闭方腔内水平孤立平板层流自然对流时Ｒａ数及平板位置变化对Ｎｕｍ的影响，得出了可供工程应用参考的结论。同时用烟可视化的实验验证了计算结果的正确性。