Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中局部行波的水平流宽度
发布时间：2021-06-09 02:16
在普朗特数Pr=6.99的纯流体Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中,通过二维流体力学基本方程组的数值求解,可得到局部行波斑图.局部行波斑图由水平流区和行波区构成.本文给出了相对瑞利数r=3时,局部行波水平流宽度随水平来流雷诺数的变化关系式,以及水平来流雷诺数Re=3时,局部行波水平流宽度随相对瑞利数的变化关系式.与Pr=0.72, 0.0272的局部行波水平流宽度随水平来流雷诺数变化的比较可知,普朗特数Pr越大,局部行波水平流宽度由0变化到12所需水平来流雷诺数差?Re越小.
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水平流宽度与雷诺数的关系Fig.3RelationshipbetweenhorizontalflowwidthandReynoldsnumber
由水平流区和行波区构成．本文给出了相对瑞利数r=3时，局部行波水平流宽度随水平来流雷诺数的变化关系式，以及水平来流雷诺数Re=3时，局部行波水平流宽度随相对瑞利数的变化关系式．与Pr=0.72,0.0272的局部行波斑图水平流宽度随水平来流雷诺数变化的比较可知，普朗特Pr数越大，局部行波斑图水平流宽度由0变化到12所需水平来流雷诺数差Re越小．1数学物理模型1.1模型建立对流运动的物理模型就是在两平板之间形成温度差bottopT=TT，从而给流体施加热作用．如图1所示，流体位于长度为xL，高度为d的腔体底部加热．腔体内的流体在温度差形成的热作用下会产生有序的对流运动，对流运动以整齐的周期性滚动形式呈现．建立正交的x,z轴的平面描述二维对流运动，将左端壁面与下壁面交汇处作为原点，x轴向右为正，z轴向上为正．图1对流模型示意图Fig.1Schematicdiagramofconvectionmodel1.2流体力学基本方程组由于上下壁的温度差比较小，所以该系统符合Boussinesq假定条件，即()00ρ=ρ1αTT．()01T,pTραρ=为体积膨胀系数，T为温度场，ρ为密度，下标0为传导时相应物理量的平均值．基本方程组可表示为U0=(1)()()200pTTtναρ+=+UUUUg(2)()2TTTtκ+=U(3)
798力学季刊第41卷图2不同雷诺数下的对流斑图Fig.2ConvectionpatternsofdifferentReynoldsnumber3水平流宽度对控制参数的依赖性取Pr=99.6，探讨水平流动宽度与腔体控制参数的关系．水平流动与热作用的耦合导致腔体内形成局部行波，也就是说，反映水平流动强度的雷诺数和反映热作用的相对瑞利数控制着腔体内的运动．下面，分别研究水平流动宽度与不同控制参数的关系．3.1水平流宽度与雷诺数的关系雷诺数和相对瑞利数控制着腔体内的对流运动，为了研究腔体内水平流动宽度与雷诺数的关系，我们固定相对瑞利数r=3，变化雷诺数进行数值模拟．虽然反映热作用的相对瑞利数被固定，但由于反映水平流动强度的雷诺数在变化，这样，它们的耦合作用导致腔体内形成局部行波的形态也在变化．因此，就可以获得一系列反映水平流动的雷诺数变化影响的不同局部行波斑图．根据局部行波斑图，对腔体内水平流动宽度的数值分析结果进行数据处理，总之，发现随着雷诺数的增加，水平流动宽度变大．对水平流动宽度和雷诺数进行拟合分析，拟合曲线和数值模拟获得的不同雷诺数下水平流动宽度的数据如图3所示．图3可以看出，水平流动宽度增大的速率由小变大．这主要是由于在控制相对瑞利数不变时，腔体内流体的对流就会保持不变；由于同时给腔体内流体施加水平来流作用，所以流体进行对流运动时还受到水平来流的影响．水平来流对流体的对流运动具有抑制作用，当水平来流逐渐增强时，对对流抑制作用也变强．水平来流作用超过对流运动时，流体的运动由水平来流所主导，所以腔体水平流宽度随水平来流逐渐变宽．对两者进行曲线拟合可得到两者的函数关系式3.919B=0.034Re(4)图3水平流宽度与雷诺数的关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平流作用下的混合流体行进波对流[J]. 赵秉新. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[2]双流体Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中脉冲扰动的时空演化[J]. 胡军,尹协远. 中国科学技术大学学报. 2007(10)
[3]A PERIODICALLY LOCALIZED TRAVELING WAVE STATE OF BINARY FLUID CONVECTION WITH HORIZONTAL FLOWS[J]. NING Li-zhong, QI Xin Institute of Hydraulic Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, ChinaHARADA Yoshifumi Department of Applied Physics, Faculty of Engineering, Fukui University, Bunkyo 3-9-11, Fukui 910, Japan YAHATA Hideo Department of Materials Science, Faculty of Science, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima 739, Japan. "Journal of Hydrodynamics（Ser.B） J". 2006(02)
[4]水平流作用下行波对流的成长及周期性重复[J]. 李国栋,黄永念. 物理学报. 2004(11)
[5]有水平流时双流体混合物对流的时空演变[J]. 李国栋,黄永念. 力学进展. 2004(02)
[6]HE SPATIO-TEMPORAL STRUCTURE OF BINARY FLUID CONVECTION WITH HORIZONTAL FLOW[J]. YOSHIFUMI Harada,HIDEO Yahata. Journal of Hydrodynamics（Ser.B）. 2004(02)
本文编号：3219708
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水平流宽度与雷诺数的关系Fig.3RelationshipbetweenhorizontalflowwidthandReynoldsnumber
由水平流区和行波区构成．本文给出了相对瑞利数r=3时，局部行波水平流宽度随水平来流雷诺数的变化关系式，以及水平来流雷诺数Re=3时，局部行波水平流宽度随相对瑞利数的变化关系式．与Pr=0.72,0.0272的局部行波斑图水平流宽度随水平来流雷诺数变化的比较可知，普朗特Pr数越大，局部行波斑图水平流宽度由0变化到12所需水平来流雷诺数差Re越小．1数学物理模型1.1模型建立对流运动的物理模型就是在两平板之间形成温度差bottopT=TT，从而给流体施加热作用．如图1所示，流体位于长度为xL，高度为d的腔体底部加热．腔体内的流体在温度差形成的热作用下会产生有序的对流运动，对流运动以整齐的周期性滚动形式呈现．建立正交的x,z轴的平面描述二维对流运动，将左端壁面与下壁面交汇处作为原点，x轴向右为正，z轴向上为正．图1对流模型示意图Fig.1Schematicdiagramofconvectionmodel1.2流体力学基本方程组由于上下壁的温度差比较小，所以该系统符合Boussinesq假定条件，即()00ρ=ρ1αTT．()01T,pTραρ=为体积膨胀系数，T为温度场，ρ为密度，下标0为传导时相应物理量的平均值．基本方程组可表示为U0=(1)()()200pTTtναρ+=+UUUUg(2)()2TTTtκ+=U(3)
798力学季刊第41卷图2不同雷诺数下的对流斑图Fig.2ConvectionpatternsofdifferentReynoldsnumber3水平流宽度对控制参数的依赖性取Pr=99.6，探讨水平流动宽度与腔体控制参数的关系．水平流动与热作用的耦合导致腔体内形成局部行波，也就是说，反映水平流动强度的雷诺数和反映热作用的相对瑞利数控制着腔体内的运动．下面，分别研究水平流动宽度与不同控制参数的关系．3.1水平流宽度与雷诺数的关系雷诺数和相对瑞利数控制着腔体内的对流运动，为了研究腔体内水平流动宽度与雷诺数的关系，我们固定相对瑞利数r=3，变化雷诺数进行数值模拟．虽然反映热作用的相对瑞利数被固定，但由于反映水平流动强度的雷诺数在变化，这样，它们的耦合作用导致腔体内形成局部行波的形态也在变化．因此，就可以获得一系列反映水平流动的雷诺数变化影响的不同局部行波斑图．根据局部行波斑图，对腔体内水平流动宽度的数值分析结果进行数据处理，总之，发现随着雷诺数的增加，水平流动宽度变大．对水平流动宽度和雷诺数进行拟合分析，拟合曲线和数值模拟获得的不同雷诺数下水平流动宽度的数据如图3所示．图3可以看出，水平流动宽度增大的速率由小变大．这主要是由于在控制相对瑞利数不变时，腔体内流体的对流就会保持不变；由于同时给腔体内流体施加水平来流作用，所以流体进行对流运动时还受到水平来流的影响．水平来流对流体的对流运动具有抑制作用，当水平来流逐渐增强时，对对流抑制作用也变强．水平来流作用超过对流运动时，流体的运动由水平来流所主导，所以腔体水平流宽度随水平来流逐渐变宽．对两者进行曲线拟合可得到两者的函数关系式3.919B=0.034Re(4)图3水平流宽度与雷诺数的关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平流作用下的混合流体行进波对流[J]. 赵秉新. 水动力学研究与进展A辑. 2012(03)
[2]双流体Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中脉冲扰动的时空演化[J]. 胡军,尹协远. 中国科学技术大学学报. 2007(10)
[3]A PERIODICALLY LOCALIZED TRAVELING WAVE STATE OF BINARY FLUID CONVECTION WITH HORIZONTAL FLOWS[J]. NING Li-zhong, QI Xin Institute of Hydraulic Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, ChinaHARADA Yoshifumi Department of Applied Physics, Faculty of Engineering, Fukui University, Bunkyo 3-9-11, Fukui 910, Japan YAHATA Hideo Department of Materials Science, Faculty of Science, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima 739, Japan. "Journal of Hydrodynamics（Ser.B） J". 2006(02)
[4]水平流作用下行波对流的成长及周期性重复[J]. 李国栋,黄永念. 物理学报. 2004(11)
[5]有水平流时双流体混合物对流的时空演变[J]. 李国栋,黄永念. 力学进展. 2004(02)
[6]HE SPATIO-TEMPORAL STRUCTURE OF BINARY FLUID CONVECTION WITH HORIZONTAL FLOW[J]. YOSHIFUMI Harada,HIDEO Yahata. Journal of Hydrodynamics（Ser.B）. 2004(02)
本文编号：3219708
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