倾斜层中的对流斑图及其临界条件
发布时间：2021-11-17 21:25
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Rar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Rar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Rar的增加而增加.当Rar=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θc-Rar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Rar=2时,腔体中没有发现多滚动圈对流斑图.在Rar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...
【文章来源】：应用数学和力学. 2019,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
倾斜层对流模型图Fig．1Themodelfortheinclinedlayerconvection
(a)流线(b)温度(a)Streamlines(b)Temperatures(c)速度矢量(3≤X≤10)(c)Velocityvectors(3≤X≤10)图4Rar=3，θ=4°时的对流斑图Fig．4ConvectivepatternsforRar=3andθ=4°图5θ=10°时不同Rar下的流线图Fig．5ThestreamlinesatdifferentRarvaluesforθ=10°图6θ=10°时对流振幅A随Rar的变化图7θ=10°时Nu随Rar的变化Fig．6VariationofconvectionamplitudeAFig．7VariationofNuwithwithRarforθ=10°Rarforθ=10°图8是相对Rayleigh数Rar=9时不同倾角θ情况下对流斑图的流线图．可以看出，θ较小时，系统出现的是充满腔体的多滚动圈对流斑图．在腔体内滚动圈的大小基本相同，滚动圈的波数基本一致．当θ=20°，22°时，系统进入过渡状态，腔体中部分对流圈的波长伸长，波数变小．但大的对流圈的最大流速与小的对流圈的最大流速接近．对流圈在腔体中的分布大小不一致，不均匀．随着θ的进一步增加，当θ=23°时，腔体中出现的是单滚动圈对流斑图．总204倾斜层中的对流斑图及其临界条件
之，当Rar一定时，随着θ的增加，腔体中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．图9是Rar=9时对流振幅A随着θ的变化．可以看出，在θ较小的充满腔体的多滚动圈对流斑图阶段，A较大．随着θ的增加，进入过渡阶段，A迅速减小．然后，随着θ的增加，进入单滚动圈对流斑图阶段后，A基本不变．图10是Rar=9时Nu随着倾角θ的变化．可以看出，Nu随着θ的增加而增加．图8Rar=9时不同θ的流线图Fig．8ThestreamlinesatdifferentθvaluesforRar=9图9Rar=9时对流振幅A随倾角θ的变化图10Rar=9时Nu随倾角θ的变化Fig．9VariationofconvectionamplitudeAwithFig．10VariationofNuwithinclinationinclinationangleθforRar=9angleθforRar=92．3多滚动圈过渡到单滚动圈对流斑图的临界条件由上一小节的讨论发现，当倾角θ一定时，随着相对Rayleigh数Rar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．当Rar一定时，随着θ的增加，腔体中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．这一发现，激励着我们进一步系统地研究腔体中由充满腔体的多滚动圈对流斑图到单滚动圈对流斑图的过渡．首先，将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统一归结为多滚动圈对流斑图，然后研究多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的临界条件．图11是θc-Rar平面上对多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的模拟结果．可以看出，在Rar=2时，腔体中没有发现多滚动圈对流斑图．在Rar?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的混合流体对流竖向镜面对称对传波斑图[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,袁喆,田伟利,刘爽. 应用数学和力学. 2017(11)
[2]水平来流对扰动成长和对流周期性的影响[J]. 胡彪,宁利中,宁碧波,田伟利,吴昊,宁景昊. 应用数学和力学. 2017(10)
[3]Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区和成长[J]. 宁利中,胡彪,宁碧波,田伟利. 物理学报. 2016(21)
[4]两种不同结构的混合流体局部行波对流斑图[J]. 宁利中,王永起,袁喆,李开继,胡彪. 科学通报. 2016(08)
[5]分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响[J]. 宁利中,王娜,袁喆,李开继,王卓运. 物理学报. 2014(10)
[6]沿混合流体对流分叉曲线上部分支行波斑图的演化[J]. 宁利中,余荔,袁喆,周洋. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(05)
[7]混合流体Rayleigh-Benard行波对流中的缺陷结构[J]. 宁利中,齐昕,周洋,余荔. 物理学报. 2009(04)
本文编号：3501667
【文章来源】：应用数学和力学. 2019,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
倾斜层对流模型图Fig．1Themodelfortheinclinedlayerconvection
(a)流线(b)温度(a)Streamlines(b)Temperatures(c)速度矢量(3≤X≤10)(c)Velocityvectors(3≤X≤10)图4Rar=3，θ=4°时的对流斑图Fig．4ConvectivepatternsforRar=3andθ=4°图5θ=10°时不同Rar下的流线图Fig．5ThestreamlinesatdifferentRarvaluesforθ=10°图6θ=10°时对流振幅A随Rar的变化图7θ=10°时Nu随Rar的变化Fig．6VariationofconvectionamplitudeAFig．7VariationofNuwithwithRarforθ=10°Rarforθ=10°图8是相对Rayleigh数Rar=9时不同倾角θ情况下对流斑图的流线图．可以看出，θ较小时，系统出现的是充满腔体的多滚动圈对流斑图．在腔体内滚动圈的大小基本相同，滚动圈的波数基本一致．当θ=20°，22°时，系统进入过渡状态，腔体中部分对流圈的波长伸长，波数变小．但大的对流圈的最大流速与小的对流圈的最大流速接近．对流圈在腔体中的分布大小不一致，不均匀．随着θ的进一步增加，当θ=23°时，腔体中出现的是单滚动圈对流斑图．总204倾斜层中的对流斑图及其临界条件
之，当Rar一定时，随着θ的增加，腔体中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．图9是Rar=9时对流振幅A随着θ的变化．可以看出，在θ较小的充满腔体的多滚动圈对流斑图阶段，A较大．随着θ的增加，进入过渡阶段，A迅速减小．然后，随着θ的增加，进入单滚动圈对流斑图阶段后，A基本不变．图10是Rar=9时Nu随着倾角θ的变化．可以看出，Nu随着θ的增加而增加．图8Rar=9时不同θ的流线图Fig．8ThestreamlinesatdifferentθvaluesforRar=9图9Rar=9时对流振幅A随倾角θ的变化图10Rar=9时Nu随倾角θ的变化Fig．9VariationofconvectionamplitudeAwithFig．10VariationofNuwithinclinationinclinationangleθforRar=9angleθforRar=92．3多滚动圈过渡到单滚动圈对流斑图的临界条件由上一小节的讨论发现，当倾角θ一定时，随着相对Rayleigh数Rar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．当Rar一定时，随着θ的增加，腔体中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．这一发现，激励着我们进一步系统地研究腔体中由充满腔体的多滚动圈对流斑图到单滚动圈对流斑图的过渡．首先，将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统一归结为多滚动圈对流斑图，然后研究多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的临界条件．图11是θc-Rar平面上对多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的模拟结果．可以看出，在Rar=2时，腔体中没有发现多滚动圈对流斑图．在Rar?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的混合流体对流竖向镜面对称对传波斑图[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,袁喆,田伟利,刘爽. 应用数学和力学. 2017(11)
[2]水平来流对扰动成长和对流周期性的影响[J]. 胡彪,宁利中,宁碧波,田伟利,吴昊,宁景昊. 应用数学和力学. 2017(10)
[3]Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区和成长[J]. 宁利中,胡彪,宁碧波,田伟利. 物理学报. 2016(21)
[4]两种不同结构的混合流体局部行波对流斑图[J]. 宁利中,王永起,袁喆,李开继,胡彪. 科学通报. 2016(08)
[5]分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响[J]. 宁利中,王娜,袁喆,李开继,王卓运. 物理学报. 2014(10)
[6]沿混合流体对流分叉曲线上部分支行波斑图的演化[J]. 宁利中,余荔,袁喆,周洋. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(05)
[7]混合流体Rayleigh-Benard行波对流中的缺陷结构[J]. 宁利中,齐昕,周洋,余荔. 物理学报. 2009(04)
本文编号：3501667
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