倾斜层中的对流斑图及其临界条件

通过二维流体力学基本方程的数值模拟，探讨了Prandtl(普朗特)数Pr=6.99时，倾斜矩形腔体中的对流斑图和斑图转换的临界条件.根据倾角θ和相对Rayleigh(瑞利)数Ra_r的变化，倾斜矩形腔体中的对流斑图可以分为:单滚动圈对流斑图、充满腔体的多滚动圈对流斑图和过渡阶段的多滚动圈对流斑图.当θ一定时，随着Ra_r的减小，系统由充满腔体的多滚动圈对流斑图过渡到单滚动圈对流斑图.这时，对流振幅A和Nusselt(努塞尔)数Nu随着Ra_r的增加而增加.当Ra_r=9时，随着θ的增加，系统由充满腔体的多滚动圈对流斑图过渡到单滚动圈对流斑图，这时对流振幅A随着θ的增加而减小，Nusselt数Nu随着θ的增加而增加.在θ_c-Ra_r平面上对多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的模拟结果表明， 在Ra_r=2时, 腔体中没有发现多滚动圈对流斑图.在Ra_r为2.5左右时，腔体中出现多滚动圈到单滚动圈对流斑图的过渡.当多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的临界倾角θ_c<10°时，θ_{c随着Rar的减小而增加.当θc>10°时，θc随着Rar的增加而增加，在Rar≤5时，θc随着Rar的增加而迅速增加；当Rar>5时，θc随着Rar的增加而缓慢增加.θc与Rarθ的关系与Rar类似}     

水平来流对扰动成长和对流周期性的影响

对Pr=0.0272的纯流体在矩形腔体外加水平来流时,进行二维流体力学基本方程组的数值模拟.研究了该纯流体Rayleigh-Benard对流的一维行波斑图的成长及时空的演化.发现对流成长过程可以划分为3个阶段,即对流发展、对流指数成长和周期变化。在对流指数成长阶段对不同相对Rayleigh(瑞利)数Ra_r的最大垂直流速场随时间变化的情况进行分析,获得了最大垂直流速场指数成长阶段的线性成长率γ_m和相对Rayleigh数Ra_r的关系公式.研究了行波周期受水平来流Reynolds(雷诺)数的影响,揭示了行波对流周期性及其对水平来流Reynolds数的依赖性.     

侧向局部加热对流的周期性

通过流体力学方程组的数值模拟,研究了侧向局部加热条件下Prandtl数Pr=0.0272时流体对流的周期性.结果表明:随着Grashof数Gr的增加,对流按稳态对流、单局部周期对流、双局部周期对流、准周期对流的顺序发展.当Gr<3.6×103时,对流为稳态;在3.6×103相似文献   

侧向局部加热腔体内对流时空结构的研究

通过二维流体力学基本方程组的数值模拟,研究了普朗特数Pr=6.949时侧向局部加热腔体内水平温差驱动的自然对流。仔细观察腔体内水平流的入侵过程,发现在冷热流体交接面的上下部位同时出现了冷入侵流和热入侵流,并且在交汇处有破碎扰动波出现。揭示了周期性双局部对流结构,并发现在右壁面温度高于左壁面温度区域顶部有对流卷生成,对流卷随时间沿侧壁面向腔体下部移动,最后消失,同时又有新对流卷在该区域顶部生成,这种现象重复循环着。结果表明:在右壁面温度高于左壁面温度区域,热边界层厚度(θδ)随腔体高度增加而增大;在右壁面温度等于左壁面温度区域,θδ值随腔体高度增加而减小;并且格拉晓夫数(Gr)越大,θδ值越小。     

长矩形截面腔体内具有缺陷的对传行波斑图

在长高比Γ=40、分离比Ψ=-0.6情况下,通过流体力学基本方程组的数值模拟,得到了一种新的有趣斑图,即单侧缺陷摆动对传行波.通过分析单侧缺陷摆动对传行波各物理场随时间变化的等值线图、波形图,讨论了其形成过程及时空动力学特性.进一步对比不同相对瑞利数下的单侧缺陷摆动对传行波,探讨了缺陷数、缺陷周期以及缺陷方向等缺陷特征对相对瑞利数的依赖性.     

极小长高比腔体内混合流体Undulation行波对流

通过二维流体力学基本方程组模拟了具有较强Soret效应(分离比ψ=-0.47)的混合流体在极小长高比(Γ=4)腔体内的Rayleigh-Benard对流运动.研究了极小长高比行波对流的动力学特性,得到了稳定的Undulation行波存在的r值范围,给出了稳定后的Undulation行波摆动周期Tp的变化规律,分析了极小长高比行波对流的r依赖性及稳定性.首次发现极小长高比Γ=4时,与长高比Γ=12和Γ=8时相比,在腔体两端的滚动生成和消失的现象不再出现.讨论了长高比对Undulation行波向行波过渡的影响.     

侧向加热腔体中的多圈型对流斑图

基于流体力学方程组的数值模拟,研究了倾角θ=90°时侧向加热的大高宽比腔体中的对流斑图.对于Prandtl数Pr=6.99的流体,在相对Rayleigh数2≤Ra r≤25的范围内,腔体中发生的是单圈型对流斑图.对于Pr=0.0272的流体,取Ra r=13.9,随着计算时间的发展,腔体中由最初的单圈型对流斑图过渡到多圈型对流斑图,这是出现在侧向加热大高宽比腔体中的新型对流斑图.对不同Ra r情况的计算结果表明,Ra r对对流斑图的形成存在明显的影响.当Ra r≤4.4时是单圈型对流滚动;当Ra r=8.9~11.1时是过渡状态;当Ra r≥13.9时是多圈型对流滚动.对流最大振幅和Nusselt数Nu随着相对Rayleigh数的增加而增加.该对流斑图与Pr=6.99时对流斑图的比较说明,对流斑图的形成依赖于Prandtl数.     

Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区和成长

采用SIMPLE算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,研究了Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区、成长及水平流动对不同斑图特征物理量的影响.结果表明,上下临界雷诺数Re_u,Re_l将流动分成三个区域,即行波区、局部行波区、水平流区.Re_u和Re_l随着相对瑞利数r的增大而增大.在对流斑图的成长阶段,三种斑图随时间的成长过程是不同的,但对流圈都是从下游区开始成长;特征物理量随着时间的变化也是不同的,行波对流和局部行波对流的最大垂直流速wmax和努塞尔数Nu经过指数增长阶段后进入周期变化的稳定阶段;水平流斑图的w_(max)和Nu经过缓慢增长后又缓慢降到稳定值.三种斑图的w_(max)和Nu随雷诺数Re增大而减小,不同斑图区域有不同的变化规律.本文给出了Re_u和Re_l随r的变化关系式及不同斑图的w_(max)和Nu随着Re的变化关系式.     

混合流体对流中具有间歇性缺陷的缺陷源摆动的对传波

通过数值模拟,研究了长高比Γ_x=40和分离比ψ-=2.0时有间歇性缺陷的缺陷源摆动的对传波。研究表明:对于给定的相对瑞利数r,在缺陷源摆动的对传波中,缺陷源做"S"型曲线摆动,缺陷源两侧行波分支上存在间歇性缺陷,行波分支上的缺陷数量不固定;随相对瑞利数r增加,缺陷源沿腔体水平方向的摆动振幅不断减小,缺陷源两侧行波分支上的缺陷数量呈减少局势,缺陷源初始摆动方向由向左变为向右;垂直流速最大值δw_(max)和下壁面努塞尔数Nu-1是相对瑞利数r的函数,并给出了它们随着相对瑞利数r的变化关系式。