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.     

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}     

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   

Rayleigh-Benard对流中小扰动的发展及对流斑图

通过二维流体力学的扰动方程组的数值模拟,探讨了分离比ψ=-0.2时,长高比Γ=30的矩形腔体中混合流体Rayleigh-Benard对流发生点附近扰动的成长和斑图的形成。结果表明:温度场线性成长阶段扰动的成长率γ_m是相对瑞利数r的函数,成长率γ_m随着相对瑞利数r的变化关系式为γ_m=0.9351r~(5.2039);在对流发生点附近的瞬态斑图取决于相对瑞利数r。给出了不同的相对瑞利数r(r分别为1.5、1.7、1.8)的情况下从小振幅到大振幅稳定状态的过渡过程中的两种不同的对流斑图,并讨论了其动力学特性。研究发现,当r较大时,存在行波与定常波共存的现象。     

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.     

大高宽比矩形腔体侧向正弦加热下对流扰动的成长和传热特性

为了研究矩形腔体侧向正弦周期加热条件下对流扰动的成长和传热特性,本研究对流体力学方程组进行了数值模拟。结果表明：随着格拉晓夫数Gr的增加,对流扰动的最大振幅A_max的成长率变大,线性成长阶段的时间变短。对于高宽比A=10,腔体宽度d=2 cm的腔体,普朗特数Pr=6.949的流体,对流扰动的成长率γ_m随着格拉晓夫数Gr变化的经验式为γ_m=9×10^-8 Gr^{1.234 3};对于高宽比A=10、腔体宽度d=6 cm的腔体,普朗特数Pr=0.703的流体,成长率γ_m随着格拉晓夫数Gr的变化关系式为γ_m=8×10^-4 Gr^0.52。当Pr=0.027 2时,热壁面平均努塞尔数■和格拉晓夫数Gr的关联式为■;当Pr=6.949时,■。随着格拉晓夫数Gr数增加,右壁面的传热能力增强。