分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响

混合流体Rayleigh-Bénard对流是研究非平衡对流的非线性动力学特性的典型模型之一.基于流体力学方程组的数值模拟,首先探讨了矩形腔体中具有强Soret效应(分离比Ψ=-0.60)的混合流体行波对流的分叉特性及斑图演化,沿着分叉曲线的上部分支,随着相对瑞利数的增加,此系统依次出现了局部行波对流、具有缺陷的行波对流、行波对流、摆动行波对流及定常对流5种行波对流解.然后,研究了分离比Ψ对对流解的影响,与弱Soret效应(Ψ=-0.11)时的对流解相比较,强Soret效应(Ψ=-0.60)时出现的对流解更丰富.由于有强Soret效应的对流的复杂性,Ψ=-0.60时的对流解与Ψ=-0.20,-0.4时的对流解不同.     

具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流进口段特性分析

采用SIMPLE算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,对普朗特数Pr=0.0272的具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流进口段特性进行了研究。结果表明,在某些流体参数下具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流由进口段和行波对流段组成,进口段长度取决于雷诺数和相对瑞利数。对于雷诺数Re=150的情况,当相对瑞利数r≤4时腔体内是水平流动;当r≥12时腔体内是行波对流;在40随着雷诺数变化的表达式。进口段长度随相对瑞利数的增大而减小,随着雷诺数的增大而增大。行波对流区的对流波数随着雷诺数的增大而减小。     

缺陷源摆动的对传波

基于流体力学方程组,对长高比Γ=30腔体内混合流体对流中缺陷源摆动的对传波的特性进行了数值模拟.结果发现,当分离比Ψ=-0.6时,缺陷源摆动的对传波的缺陷源由两个对流圈同时被拉长同时被分裂后形成.对传波的存在区间为Dr=0.198,对传波的摆动周期较小并且基本都稳定在T_o=4.8.对传波的摆动幅度较小并且几乎不随着相对瑞利数r变化.当Ψ=-0.2时,对传波的缺陷源下方対流圈轴线与缺陷源移动方向保持一致,没有对传波分支产生.对传波的缺陷源上方存在多个与缺陷源移动方向几乎垂直的対流圈的轴线,存在对传波分支,在对传波分支上出现间歇性的缺陷.从而形成具有单侧缺陷的缺陷源摆动的对传波.对传波的存在区间为Dr=0.16.对传波的摆动周期为To=65.9-85并且随着相对瑞利数的增加而增加.对传波的摆动幅度较大,并且随着相对瑞利数的增加而减小.     

椭圆形断面溃坝波Ritter解

Saint-venant方程组经特征变换后得到特征线方程组,即不变量形式。本文对椭圆形断面不变量中的被积函数用级数展开再积分,得到了Riemann不变量的初等表达式,导出了溃坝波的解析式。并给出了求解无因次量V_(max)/gA_0/B_0~(1/2)、Q_(max)/A_0g·A_0/B_0~(1/2)、ω的辅助图。本文的方法可用来预报椭圆形断面溃坝洪水波问题。     

窄缝挑坎上最大压力的计算

本文通过试验,首先描述了窄缝挑流的水舌流态;其次根据对一般曲面上水流运动特性的分析,提出了水平底板、挑角为零度的窄缝挑坎上最大压力的计算公式。计算结果与试验结果吻合较好。最后,还对窄缝挑坎底板及侧墙上压力分布的计算进行了探讨。     

水平流动对周期加热的Rayleigh-Bénard对流的影响

采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr=0.0272的具有水平流动周期性加热的Rayleigh-Bénard对流特性进行数值模拟.结果说明,当相对瑞利数给定时,对流斑图的形成取决于水平流动强度.由对流斑图随着时间的变化确定了对流周期.随着相对瑞利数的减小,对流周期适应的水平流动强度减小,并且水平流动强度的存在范围减小.随着相对瑞利数的增加,对流周期变小.随着水平流动强度的增加,对流周期变小,并且对流周期变化的梯度变小.随着水平流动强度的增加,两个局部行波对流区的范围减小,水平流动区间增加.然后,随着水平流动强度的进一步增加,第一对流区先消失.当水平流动强度足够大时第二对流区也消失.腔体内形成水平流动.随着相对瑞利数的增大,第一对流区和第二对流区消失的临界水平流动强度也增大.     

矩形倾斜腔体中的两种对流斑图和分区

为了研究矩形倾斜腔体中普朗特数Pr=0.72的流体对流斑图和分区,本文基于流体力学方程组进行了数值模拟。在相对瑞利数r=6.0的情况下,观察了倾角θ=10°和θ=60°时对流斑图随着时间的发展,发现系统存在单圈型对流和多圈型对流两种斑图。流线随着倾角的变化说明:随着倾角增加,对流圈数逐渐减少,对流波长逐渐增加,对流波数减小;然后,随着对流圈数显著地减少,系统由多圈型对流过渡到单圈型对流。根据模拟计算结果,给出了多圈型对流过渡到单圈型对流的临界倾角θc随着相对瑞利数r变化的关系曲线。对流在θ-r平面上分为两个区域:θ<θc时系统是单圈型对流,θ>θc时系统是多圈型对流。对流最大振幅A和努塞尔数Nu随着倾角θ的变化曲线被临界倾角θc分成两段,它们有不同的变化规律。因此,临界倾角也可以由对流最大振幅A或努塞尔数Nu的变化曲线来确定。     

泄水工程反弧半径的研究

泄水建筑物反弧半径的选择是泄水工程设计中的重要问题之一。本文的目标就是探讨泄水建筑物反弧半径的计算方法。根据反弧段水流特性的分析,寻找出影响反弧半径的变量。进一步由量纲分析,给出泄水建筑物反弧半径的一般函数关系式。通过分析收集的大量原型观测和模型试验资料,建议了挑流,面流,戽流流态情况下计算泄水建筑物反弧半径的经验公式。结果说明,相对反弧半径是反弧水流Froude数的函数,随着Froude数的增加而增加。并讨论了泄水建筑物反弧半径的有关特性。本文建议的不同流态下泄水建筑物反弧半径的计算式形式简单,资料可靠。因此,可应用于挑流,面流,戽流流态情况下实际工程泄水建筑物反弧半径的计算与设计。     

底部周期加热的局部对流斑图

运用Simple算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,探讨了普朗特数(Pr)为0.0272时矩形腔体底部周期加热对对流时空斑图的影响。当水平流动雷诺数(Re)为0时,发现了由正弦波周期加热引起的稳定的局部定常对流。当Re≠0时,由于正弦波周期加热与水平流动相互作用,获得了由正弦波周期加热和水平流动引起的局部行波对流。进一步比较和讨论了底部正弦波周期加热局部对流和混合流体Rayleigh-Benard局部对流的时空斑图,发现它们存在不同的机理。     

具有水平流动的Rayleigh-Benard对流斑图

本文利用数值模拟,探讨了普朗特数 时有水平流动的Rayleigh-Benard对流结构．当水平流动强度 时,发现定常对流的多重稳定性．当 时,Rayleigh-Benard(RB)对流中存在三种对流斑图．它们的出现依赖于水平流动强度 和相对瑞利数 ．与 相比,在 时的行波具有不同的动力学特性．