粗糙边界条件下湍流热对流温度剖面测量

发布时间：2020-06-30 08:30

【摘要】：热对流是由于流体运动产生的传热机制,它广泛存在于大气环流,海洋环流等众多系统中,湍流热对流模型是建立于众多自然对流现象之中典型流体力学模型。前人关于对流的研究多集中在光滑边界,但实际真实的流场中,绝大多数物质表面为粗糙面,所以对于粗糙边界下的湍流热对流研究十分重要。本实验中,我们通过将边界制作成高与边长均为3mm的金字塔形来实现粗糙边界条件。保持系统内的普朗特数Pr=6.8恒定不变,在Ra数的测量范围为8.3×108～3.8×109的条件下,测量温度分布与温度脉动情况,以了解热量传递机理以及温度的统计特性。本文在湍流热对流中,进行了内部的热边界层波动对内部温度θ(z)分布剖面以及温度脉动η(z)剖面影响的研究。随着测量位置距离底板的距离z逐渐上升,我们发现了三个标度率特性。在边界层区附近,在热边界层厚度不同时,我们测量得到的θ(z)与η(z)均会在热边界层厚度δ变化的情况下,得到对应的分布特性θ(z/δ)与η(z/δ)具备自相似性。在边界层之外的区域,由于θ(z)几乎保持恒定不变,因此,我们引入另外一个表述温度剖面的参数(?)(z)来描述边界层之外的温度变化情况,发现了温度随z/H(H为系统装置高度)呈现对数函数关系分布的对数分布区:(?)= A1n(z/H)+ B,并在Ra数在8.3×108～3.8×109变化时,发现了对数分布区内幅值A随Ra数变化的关系式A(Ra)=A0Raη。同样,在边界层之外的温度脉动研究中,我们发现得到的η(z)随着z/H呈现出一个很好的指数函数关系,η(z)～(z/H)ε,在本实验的系统中测量得到的ε值为-1.45,并且该分布特性在Ra数处于8.3×108到3.8×109之间时,保持一致。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O357.5;TK124
【图文】：

分子微团受热导致内部密度减小，从而在浮力的作用下，向上运动逐渐冷却的过程中，由于流体微团密度增大，从而在重力的作用下，。该对流传热过程广泛存在于自然界，并在自然界中充当传热的主要对流是地球物理重要的研究内容[1-3]，如海洋的洋流，大气的流动[4-6热等均存在热对流。在工业上，热对流研究理论也有大量的运用，比件的散热片设计等。于前人的理论研究得出经典的用于研究热对流系统传热系统的模型gh-Bénard 对流模型（RBC）[7]。在这个模型中，我们把自然热对流团受热上升与冷却下降的系统简化为：在流体底部放置一块均匀恒温，顶部为一块均匀恒温的冷却板。通过底部加热与顶部冷却从而形成对流模型。它包含了所有上文中自然热对流的特性，并进行了合理地图 1-1 所示，图中蓝色部分是顶板冷却而导致液体向下运动形成等温面部分随后会形成的冷羽流[8]，红色部分是由于底板加热而导致液体向成等温面，随后会形成的热羽流[8]，这些描述的正是分子微团运动的

热量传递过程对于 RBC 系统内部的。在 RBC 系统中，近年来有许多问题尺度环流。其研究的问题是在 RBC的一个途径，如何从加热的底板传递有助于对于热量传递途径的理解。人现：在靠近热板以及冷板的板面处，，系统中近百分之八十的热量都集界层脱离，从而形成热羽流与冷羽流运动来传递。就是羽流的形成以及传递的过程，其羽流，对应的红色流体微团是热羽流冷板以及热板脱离，并且向对面运动传递的过程，所以分布在流体中的热础，而研究温度剖面特性，正是研究进一步了解热对流的温度传热特性有

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本文编号：2735102