具有non-Oberbeck-Boussinesq效应的自然对流的数值模拟研究

发布时间：2018-05-01 06:45

  本文选题：non-Oberbeck-Boussinesq效应 + 侧加热对流　； 参考：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：Non-Oberbeck-Boussinesq (NOB)效应广泛地存在于自然界和工业应用中。NOB效应可划分为一类NOB效应(NOB-I)和二类NOB效应(NOB-Ⅱ):前者来自流体物性参数的变化,表现为热膨胀系数、热扩散系数、粘度系数等随温度的变化；后者指除物性参数随温度变化外,不可压缩假设亦不再成立的情形。NOB效应对传热和流动特性均具有重要影响,因此近年来引起了学术界和工业界的广泛关注。截至目前,现有研究均限于关注Rayleigh-Benard湍流中的NOB-Ⅰ效应的影响。本文则致力于研究NOB-Ⅱ效应对热对流的失稳特性和非线性演化的影响,部分工作涉及对传热的影响。主要包括：(1)研究了三维立方腔内NOB-Ⅱ效应对侧加热对流的影响。在103≤Ra≤106区间内,重点研究了温差参数对壁面平均Nusselt数(Nu), Reynolds数(Re)以及速度、温度分布的影响。结果表明：NOB-Ⅱ效应对Nu、Re的影响较小,基本可以忽略,但其对温度和速度分布的影响较大。随着NOB-Ⅱ效应的增强,温度和速度分布整体向冷壁方向偏移。在参数区间107≤Ra≤108内,基于数值模拟研究了流动二次失稳过程,分析了相应的失稳机理。研究显示,流动的二次失稳主要归因于展向行波的汇聚。汇聚形式分为两类,同向汇聚和反向汇聚。前者会打破系统关于展向中间面的反射对称性。(2)研究了二维方腔内NOB-Ⅱ效应对Rayleigh-Benard对流的影响。存在NOB-Ⅱ效应时,流态P11不再随Ra的变化而连续存在,且在较大的Ra区间内发现了流动反转现象；NOB-Ⅱ效应对P12流态没有定性影响。基于小马赫数意义下的涡动力学方程,详细阐释了具有NOB-Ⅱ效应时流动反转的动力学机制。NOB-Ⅱ效应使浮力不再保持上下对称,这种不对称性打破了角涡、主涡之间的固有平衡,从而引发了角涡的增长,产生流动反转。(3)研究了三维方腔内NOB-Ⅱ效应对Rayleigh-Benard对流的影响。在深度高度比为r=1/10,1/4,1/3和1/2条件下分别研究了NOB-Ⅱ效应对流动失稳过程和非线性演化的影响。在r=1/10和1/3时,NOB-Ⅱ效应对流动解产生了定性的影响：r=1/10时,NOB-Ⅱ效应使得系统出现了新的三涡结构的流动解；r=1/3时,NOB-Ⅱ效应使得其中一种单涡结构解不再存在。在r=1/4和1/2时,NOB效应仅对Nu、Re等产生了微小的定量影响。
[Abstract]:The effect of Non-Oberbeck-Boussinesq / Nob can be divided into a class of NOB effect (NOB-I) and a second type of NOB effect (NOB- 鈪，

本文编号：1828218