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分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响 被引量:49
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作者 宁利中 王娜 +2 位作者 袁喆 李开继 王卓运 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期273-279,共7页
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... 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. 展开更多
关键词 Soret效应 rayleighbénard对流 数值模拟 混合流体
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气液传质界面湍动现象投影观察 被引量:14
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作者 沙勇 李樟云 +3 位作者 林芬芬 吐松 肖宗源 叶李艺 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期844-847,共4页
In gas-liquid mass transfer processes,interfacial turbulence may occur due to the surface tension gradient and the density gradient produced by mass transfer near the interface.The interfacial turbulence can enhance t... In gas-liquid mass transfer processes,interfacial turbulence may occur due to the surface tension gradient and the density gradient produced by mass transfer near the interface.The interfacial turbulence can enhance the mass transfer since it intensifies the movement of interfacial fluid.By means of the shadowgraph optical method,the interfacial turbulence patterns vertical to the interface were observed directly in the volatilization process of binary systems.The images of the amplified interfacial turbulence showed the variation of concentration and the fluid movement under the interface.Two patterns of interfacial turbulence were observed in the experiments:plume and vortex.With the plume,the interfacial fluid moved slowly and penetrated the liquid deeply.With the vortex,the interfacial turbulence occurred in the vicinity of the liquid interface and the fluid moves quite fast.A qualitative analysis was carried out based on the mechanism of Rayleigh-Bénard convection induced by density gradient and Marangoni convection induced by surface tension gradient. 展开更多
关键词 投影 界面湍动 传质 Marangoni对流 rayleigh-bénard对流
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湍流热对流近底板流态与温度边界层特性 被引量:10
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作者 黄茂静 包芸 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第20期149-156,共8页
本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔和三维扁方腔的Rayleigh-Bénard热对流.针对平均场计算结果,选取Ra=10~9,10^(10),5×10^(10),讨论了二维方腔和展向平均三维扁方腔热对流流动特性.发... 本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔和三维扁方腔的Rayleigh-Bénard热对流.针对平均场计算结果,选取Ra=10~9,10^(10),5×10^(10),讨论了二维方腔和展向平均三维扁方腔热对流流动特性.发现二维方腔和三维扁方腔流动中都存在大尺度环流和角涡,而且随着Ra数的增加,大尺度环流的形状变圆,角涡尺寸变小.在二维方腔流动中,大尺度环流呈椭圆形,有四个角涡,而展向平均三维扁方腔流动中,大尺度环流呈梭形,只有两个角涡.由于角涡特性的不同,二维方腔流动中羽流向上运动的范围比展向平均三维扁方腔流动更广,造成二维流动局部区域温度分布高温层厚度变大.温度边界层厚度λ_θ与Ra数之间存在标度关系,二维方腔和三维扁方腔热对流温度边界层变化的标度指数基本一致,标度关系的系数稍有不同. 展开更多
关键词 rayleigh-bénard热对流 温度边界层 湍流 并行直接数值模拟
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湍流Rayleigh-Bénard热对流温度剖面中对数律研究 被引量:7
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作者 黄茂静 包芸 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2017年第6期68-73,共6页
本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(Parallel Direct Method of Direct Numerical Simulation,PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔Rayleigh-Bénard热对流.选取典型Ra=10^(10),Pr=4.3,讨论了流动平均场的近底板区域温度分布.温... 本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(Parallel Direct Method of Direct Numerical Simulation,PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔Rayleigh-Bénard热对流.选取典型Ra=10^(10),Pr=4.3,讨论了流动平均场的近底板区域温度分布.温度边界层沿横向可分为三个区域:羽流发射区、冲击区和大尺度环流剪切区.在羽流发射区温度剖面存在对数律,冲击区和大尺度环流剪切区没有明显的对数律特征.横向平均得到的温度剖面也存在对数律.研究系列Ra数的横向平均温度剖面,得到温度变化满足A×log(y)+B的关系,温度剖面对数律振幅–A和Ra数呈现标度关系–A^Ra^(–0.145),与实验中发现的关系基本一致. 展开更多
关键词 rayleighbμnard热对流 湍流 温度剖面对数律 PDM.DNS
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隔板对流系统中影响流动和温度特性的关键几何参数 被引量:5
5
作者 林泽鹏 包芸 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2018年第5期56-64,共9页
有效提高热对流系统的传热效率是湍流热对流研究的重要目标之一.在对流装置中加入留有狭缝的竖直隔板可以产生传热效率增强现象,并且增强显著.隔板的加入增加了热对流系统的几何参数.本文采用直接数值模拟(DNS)对隔板对流装置的流动和... 有效提高热对流系统的传热效率是湍流热对流研究的重要目标之一.在对流装置中加入留有狭缝的竖直隔板可以产生传热效率增强现象,并且增强显著.隔板的加入增加了热对流系统的几何参数.本文采用直接数值模拟(DNS)对隔板对流装置的流动和温度特性进行计算研究,讨论隔板几何参数对流动特性的影响.研究结果表明,隔板局部区域几何尺寸相同则流动特性基本相同,装置的宏观宽高比对流动特性影响不大.对Ra=10~8,P_r=5.3的情况,通过大量不同几何参数系列计算数据分析发现,通道宽度b与狭缝高度d在满足b≥4d时,b对流动特性影响很小,狭缝高度d是控制隔板对流系统流动和温度特性的关键几何参数.狭缝水平流动为二维泊肃叶流动,与狭缝中的温度分布解耦.改变狭缝高度d对狭缝中流动速度的变化影响不大,但影响系统的流动流量以及整体温度分布特性,继而影响整体传热特性. 展开更多
关键词 rayleigh-bénard对流 隔板对流系统 传热增强 狭缝高度
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双光路纹影仪观察气液传质界面湍动现象 被引量:4
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作者 陈杰 曾爱武 袁希钢 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3040-3044,共5页
建立了双光路纹影仪实验系统,并利用双光路纹影仪,同时从垂直和平行于界面两个方向对氯苯吸收、解吸CO2的传质对流结构进行了观察,发现在氯苯吸收CO2时,没有明显的对流结构,只是在垂直界面的纹影图像中观察到逐渐变粗的暗条纹。在氯苯解... 建立了双光路纹影仪实验系统,并利用双光路纹影仪,同时从垂直和平行于界面两个方向对氯苯吸收、解吸CO2的传质对流结构进行了观察,发现在氯苯吸收CO2时,没有明显的对流结构,只是在垂直界面的纹影图像中观察到逐渐变粗的暗条纹。在氯苯解吸CO2时,在垂直和平行于界面两个方向都观察到了明显的对流结构,在垂直界面的纹影图像中开始时出现分层现象,随着解吸的进行,对流加剧,分层现象被破坏;平行界面方向的对流结构发展较快,优先在平行界面的纹影图像中观察到明显的对流结构。由于传质的热效应,两个方向的对流结构都有向中心运动的趋势。实验表明,双光路纹影仪实验系统能观察界面传质对流过程的三维变化,可深化对界面传质对流过程的认识。 展开更多
关键词 双光路纹影系统 界面湍动 质量传递 Marangoni对流 rayleigh-bénard对流
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Large Eddy Simulations of Rayleigh-Bénard Convection in a Cubic Cavity
7
作者 Tian Qin Yingying Luo +3 位作者 Jiemin Zhan Wenqing Hu Yutian Li Ziwei Huang 《Open Journal of Fluid Dynamics》 2023年第3期177-190,共14页
This paper conducts a Large Eddy Simulation (LES) of Rayleigh Bénard convection in a cubic cavity based on the WMLES S-Omega subgrid-scale model. For a cubic cavity with a vertical temperature difference of 6.7&#... This paper conducts a Large Eddy Simulation (LES) of Rayleigh Bénard convection in a cubic cavity based on the WMLES S-Omega subgrid-scale model. For a cubic cavity with a vertical temperature difference of 6.7°C and 20°C, the velocity pulsation profiles and the mean velocity profiles of the vertical section in the middle of the cubic cavity were simulated, respectively. And they are consistent with the experiment results. Furthermore, the mean velocity field of the vertical cross-section in the middle of the cavity was calculated. Structures of the mean velocity field in the two cases are similar. A counterclockwise large vortex is found to occupy the cavity, and there are two small clockwise vortices in the lower left and upper right corners, and the mean velocity fields at two different temperature differences are consistent with the experimental results. The two-dimensional instantaneous temperature field and mean temperature field with different cross-sections in the z-direction, as well as the three-dimensional instantaneous isothermal surface structure, indicate that the large-scale circulation motion within the cubic cavity is moving diagonally. In addition, the structure of the mean streamline also illustrates this viewpoint. For the reverse vortex formed at two corners in the mean streamline structure, we used the Q criterion to identify and obtain two vortex structures similar to boomerangs. The basic turbulent structure in RB thermal convection includes the rising and falling plumes generated by buoyancy effects. 展开更多
关键词 Large Eddy Simulation rayleigh-bénard convection Cubic Cavity Plume Flow
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具有间断解的PTT型黏弹性流体热对流数值模拟
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作者 张栏 蒋子超 +3 位作者 陈玉惠 张仪 杨耿超 姚清河 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期136-144,共9页
从间断解充分发展的黏弹性流体Rayleigh-Bénard(RB)热对流具备不同流态的时间信息和发展过程的流态变换,研究该问题对阐明Phan-Thien-Tanner(PTT)型黏弹性流体RB热对流的流动机理具有重要意义。本文首次采用二阶迎风型总变差不增... 从间断解充分发展的黏弹性流体Rayleigh-Bénard(RB)热对流具备不同流态的时间信息和发展过程的流态变换,研究该问题对阐明Phan-Thien-Tanner(PTT)型黏弹性流体RB热对流的流动机理具有重要意义。本文首次采用二阶迎风型总变差不增差分格式对PTT型黏弹性流体的RB热对流进行了数值模拟,并基于与解析解的对比论证了该数值方法在空间离散上的收敛性与二阶精度。数值结果表明,本文的数值方法可模拟自间断初始场演化的PTT型黏弹性流体RB热对流,此外,本文还对该流动发展到稳态周期解的瞬态流动现象作了基本阐释,流动现象与从先验速度场发展的流动现象一致。 展开更多
关键词 间断解 总变差不增格式 黏弹性流体 Phan-Thien-Tanner模型 rayleigh-bénard对流
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二维Rayleigh-Bénard对流的插值格子-Boltzmann方法模拟研究 被引量:3
9
作者 王勇 何雅玲 +1 位作者 童长青 刘迎文 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期313-315,共3页
本文采用插值格子-Boltzmann方法对较大Ra数范围下的二维Rayleigh-Bénard对流进行了模拟研究.模拟中针对不同的Ra数,采用不同的插值比.模拟获得了系统的最大垂直方向速度分量随时间的变化规律、系统的流线以及等温线分布、Nu数... 本文采用插值格子-Boltzmann方法对较大Ra数范围下的二维Rayleigh-Bénard对流进行了模拟研究.模拟中针对不同的Ra数,采用不同的插值比.模拟获得了系统的最大垂直方向速度分量随时间的变化规律、系统的流线以及等温线分布、Nu数与Ra数的变化规律以及壁面附近水平截面平均温度的分布.模拟结果与相关文献数据傲了对比,相互吻合良好. 展开更多
关键词 格子-bOLTZMANN方法 插值 rayleighbénard对流
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二氧化碳超临界相变过程中Rayleigh-Bénard对流的实验研究
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作者 赵一凡 吴笛 +4 位作者 王佳 李家亮 段隆盛 段俐 康琦 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期101-110,共10页
超临界流体是一种极端条件下(温度与压力均处于临界点以上)的非常态流体。浮力驱动的超临界流体Rayleigh-Bénard(RB)对流则是一种新的非线性热对流体系,其浮力作用不符合Boussinesq近似,且在温差的作用下物性在临界点附近出现剧烈... 超临界流体是一种极端条件下(温度与压力均处于临界点以上)的非常态流体。浮力驱动的超临界流体Rayleigh-Bénard(RB)对流则是一种新的非线性热对流体系,其浮力作用不符合Boussinesq近似,且在温差的作用下物性在临界点附近出现剧烈畸变并伴随着丰富的流动与相变耦合过程。本实验设计了可承载超临界二氧化碳(SCO_(2))的透明蓝宝石压力容器,建立竖直温度梯度作用下的超临界流体RB对流,观测不同温差作用下的流动结构和超临界相变过程并通过图像互相关算法计算“雾化”液滴的速度场。实验采用铂电阻测温,并精确控制容器上下端的温差,研究SCO_(2)在线性降温过程中多种流态与速度场的演化。在线性降温过程中,SCO_(2)经历超临界流动、跨临界流动和气液两相流动3个典型过程。跨临界流动是相变与浮力热对流的强耦合过程,导致超临界二氧化碳RB对流具有多态的非稳态流动。实验结果表明:超临界RB对流对温差极为敏感,温差越大则超临界域内的对流越剧烈;随着温度的降低,雾化的液滴不断凝聚,形成丰富的多层流动结构,并最终向气液两相流动演化。 展开更多
关键词 超临界流体 rayleigh-bénard对流 相变
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三维湍流Rayleigh-Bénard热对流的高效并行直接求解方法 被引量:3
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作者 张义招 包芸 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第15期360-366,共7页
高Ra数Rayleigh-Bénard热对流的湍流特性研究是当前国际上的一个热门研究课题,DNS模拟计算是研究该课题的重要手段之一.当计算规模增大而网格数巨大时计算工作难以实现,高Ra湍流热对流的数值模拟研究面临重大挑战.本文创建了大规... 高Ra数Rayleigh-Bénard热对流的湍流特性研究是当前国际上的一个热门研究课题,DNS模拟计算是研究该课题的重要手段之一.当计算规模增大而网格数巨大时计算工作难以实现,高Ra湍流热对流的数值模拟研究面临重大挑战.本文创建了大规模高效并行计算的三维湍流热对流直接求解方法.采用FFT变换解耦压力泊松方程,将其变换成沿z方向上的块三对角方程组,并利用块三对角方程的MPI与Open MP联立的大规模高效并行近似解求解方案,创建了可以高效并行计算的热对流直接求解方法.通过对该方法并行效率的验证计算,证明新的直接求解并行计算方法具有很好的并行效率和计算时效.三维窄方腔热对流的计算结果表明,本文方法计算的三维热对流特性是合理的.本文创建的可大规模高效并行计算的三维湍流热对流直接求解方法,也很可能是关于计算流体力学不可压NS方程大规模高效并行计算在特殊情况中计算技术上的一个突破. 展开更多
关键词 泊松方程直接求解 并行计算 rayleigh-bénard热对流 DNS
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具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流进口段特性分析 被引量:2
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作者 宁利中 张迪 +2 位作者 宁碧波 胡彪 田伟利 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1260-1265,I0024,I0025,共8页
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... 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4<r<12范围内,存在进口段,并提出了进口段长度X0随着相对瑞利数变化的表达式。对于相对瑞利数r=3的情况,当雷诺数Re≤37.5时腔体中是行波对流;当雷诺数Re≥110时腔体中是水平流动;在37.5≤Re≤110范围内,存在进口段,并获得了进口段长度X0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。 展开更多
关键词 水平流动 rayleigh-bénard对流 进口段 相对瑞利数 雷诺数
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极高Ra湍流热对流模拟及其流动特征 被引量:2
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作者 罗嘉辉 包芸 《计算机辅助工程》 2017年第4期65-70,共6页
提出二维湍流热对流DNS模拟的并行直接求解方法(Parallel Direct Method of DNS,PDMDNS),在"天河二号"超级计算机上实现高Ra和极高Ra湍流热对流大规模DNS计算。高分辨率的湍流热对流计算结果表明不同Ra(10~8≤Ra≤10^(13))的... 提出二维湍流热对流DNS模拟的并行直接求解方法(Parallel Direct Method of DNS,PDMDNS),在"天河二号"超级计算机上实现高Ra和极高Ra湍流热对流大规模DNS计算。高分辨率的湍流热对流计算结果表明不同Ra(10~8≤Ra≤10^(13))的瞬时温度场的流场特性完全不同。较低Ra流场中有明显的大尺度环流和角涡;较高Ra流场中羽流运动充满随机性;更高Ra流场出现小尺寸漩涡并不断从上下底板产生,这些涡相互影响作用,随大尺度环流一起作绕行运动。二维湍流热对流的Nu与Ra存在标度关系,标度律约为0.3。 展开更多
关键词 rayleigh-bénard热对流 湍流 PDM-DNS 并行计算 极高Ra 羽流形态
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具有通过流动的倾斜腔体的对流特性 被引量:1
14
作者 刘爽 宁利中 +2 位作者 宁碧波 田伟利 渠亚伟 《水资源与水工程学报》 CSCD 2018年第6期140-144,共5页
为了研究通过流动强度与相对瑞利数r对对流斑图及其相关特征物理量的影响,在长高比Γ=20倾斜放置的矩形腔体中,设定倾斜角度为10°、普朗特数Pr=6. 99且均匀加热的条件下,对该流体进行二维数值模拟。结果表明:当通过流动与热作用共... 为了研究通过流动强度与相对瑞利数r对对流斑图及其相关特征物理量的影响,在长高比Γ=20倾斜放置的矩形腔体中,设定倾斜角度为10°、普朗特数Pr=6. 99且均匀加热的条件下,对该流体进行二维数值模拟。结果表明:当通过流动与热作用共同作用,相对瑞利数一定,雷诺数Re对对流斑图作用明显,但对最大垂直流速wmax及努塞尔数Nu影响能力有限。当通过流动强度与热作用共同作用,雷诺数一定,相对瑞利数r对对流斑图结构、最大垂直流速wmax及努塞尔数Nu影响显著。 展开更多
关键词 rayleigh-bénard对流 通过流动 均匀加热 相对瑞利数 雷诺数 倾斜角度
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Scaling of maximum probability density function of velocity increments in turbulent Rayleigh-Bénard convection 被引量:1
15
作者 邱翔 黄永祥 +1 位作者 周全 孙超 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2014年第3期351-362,共12页
In this paper, we apply a scaling analysis of the maximum of the probability density function(pdf) of velocity increments, i.e., max() = max()up p u, for a velocity field of turbulent Rayleigh-Bénard convec... In this paper, we apply a scaling analysis of the maximum of the probability density function(pdf) of velocity increments, i.e., max() = max()up p u, for a velocity field of turbulent Rayleigh-Bénard convection obtained at the Taylor-microscale Reynolds number Re60. The scaling exponent is comparable with that of the first-order velocity structure function, (1), in which the large-scale effect might be constrained, showing the background fluctuations of the velocity field. It is found that the integral time T(x/ D) scales as T(x/ D)(x/ D), with a scaling exponent =0.25 0.01, suggesting the large-scale inhomogeneity of the flow. Moreover, the pdf scaling exponent (x, z) is strongly inhomogeneous in the x(horizontal) direction. The vertical-direction-averaged pdf scaling exponent (x) obeys a logarithm law with respect to x, the distance from the cell sidewall, with a scaling exponent 0.22 within the velocity boundary layer and 0.28 near the cell sidewall. In the cell's central region, (x, z) fluctuates around 0.37, which agrees well with (1) obtained in high-Reynolds-number turbulent flows, implying the same intermittent correction. Moreover, the length of the inertial range represented in decade()IT x is found to be linearly increasing with the wall distance x with an exponent 0.65 0.05. 展开更多
关键词 rayleigh-bénard convection SCALING probability density function(pdf)
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Rayleigh-Bénard对流中的熵产特征 被引量:1
16
作者 贾琛霞 敬成君 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期120-123,共4页
通过建立Rayleigh-Bénard对流模型,数值模拟得到具有不同涡数的Bénard花胞的稳定流场,并以不同Ra下的2涡Bénard稳定流动为对象来研究系统的熵产特征。研究发现:在可以形成稳定Bénard流动的Ra范围内,采用线性理论和... 通过建立Rayleigh-Bénard对流模型,数值模拟得到具有不同涡数的Bénard花胞的稳定流场,并以不同Ra下的2涡Bénard稳定流动为对象来研究系统的熵产特征。研究发现:在可以形成稳定Bénard流动的Ra范围内,采用线性理论和经典热力学理论分别计算出的系统熵产基本上一致;并且,在稳定的Bénard流场中,系统的熵产随着Ra的增加而增加。 展开更多
关键词 rayleigh-bénard对流 熵产 熵产特征
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滑移边界对二维Rayleigh-Bénard热对流流态和传热特性的影响 被引量:1
17
作者 何鹏 包芸 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期542-550,共9页
采用并行直接数值模拟(PDM-DNS)计算无滑移和滑移边界二维Rayleigh-Bénard热对流.与无滑移边界形成的随机羽流运动的湍流热对流不同,滑移边界热对流最终形成湍流特征消失,且温度仅分布于四壁的一个大尺度环流的流动形态.平均场近... 采用并行直接数值模拟(PDM-DNS)计算无滑移和滑移边界二维Rayleigh-Bénard热对流.与无滑移边界形成的随机羽流运动的湍流热对流不同,滑移边界热对流最终形成湍流特征消失,且温度仅分布于四壁的一个大尺度环流的流动形态.平均场近底板的温度分布特性,无滑移边界逐渐变化而滑移边界出现过冲现象.宽高比Γ=1时,Nusselt数(Nu)随Rayleigh数(Ra)的变化具有相同标度指数,Nu^Ra0. 3.滑移边界热对流具有传热增强作用.滑移边界热对流Nu随Γ变化明显,并分为两个阶段,在Γ=0. 5时出现Numax≈250,是无滑移边界热流Nu的5倍. 展开更多
关键词 rayleigh-bénard热对流 滑移边界 大尺度环流 传热增强 PDM-DNS
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侧壁效应对Rayleigh-Bénard对流影响的数值模拟研究
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作者 刘苗苗 王启 +1 位作者 万振华 孙德军 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期165-173,I0003,共10页
Rayleigh-Bénard(RB)对流的研究中通常使用侧壁绝热的温度边界条件,然而实际的对流换热设备中侧壁存在导热性且会对系统传热和流动特性产生影响。为探究侧壁导热性对RB对流的影响,本文采用侧壁等温假设,即侧壁温度为上下壁面温度... Rayleigh-Bénard(RB)对流的研究中通常使用侧壁绝热的温度边界条件,然而实际的对流换热设备中侧壁存在导热性且会对系统传热和流动特性产生影响。为探究侧壁导热性对RB对流的影响,本文采用侧壁等温假设,即侧壁温度为上下壁面温度的平均值,使用二维和三维直接数值模拟的方法研究了侧壁恒温的RB对流。流体工质为普朗特数Pr=5.3的水,二维和三维方腔宽高比Γ为1。将侧壁等温的计算结果与经典的侧壁绝热的RB对流结果进行比较,研究表明:侧壁等温时,二维和三维系统中均存在上下壁面Nu不相等的情形,该特性发生在有限的Ra值区间内,且与系统内的流动结构密切相关;侧壁恒温时,系统的传热效率要高于侧壁绝热情况下的传热效率,这是由于侧壁恒温条件下,一部分热量可以直接通过侧壁来传递,从而绕开温度边界层。当采用恒温边界条件时,流场的强度减弱,从而系统的Re要小于侧壁绝热条件下对应的Re。 展开更多
关键词 rayleigh-bénard对流 直接数值模拟 等温侧壁 流动结构 传热效率
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内置圆球阵列的Rayleigh-Benard热对流传热特性
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作者 刘壮 周全 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期223-228,I0004,共7页
通过实验研究了内置圆球对Rayleigh-Benard(RB)湍流热对流系统传热特性的影响。在对流槽内部加入有机玻璃圆球,通过改变圆球的直径和分布方式研究不同孔隙度Ф对RB系统传热的影响。Rayleigh数(Ra)从5×10^(7)变化到2×10^(9),Pr... 通过实验研究了内置圆球对Rayleigh-Benard(RB)湍流热对流系统传热特性的影响。在对流槽内部加入有机玻璃圆球,通过改变圆球的直径和分布方式研究不同孔隙度Ф对RB系统传热的影响。Rayleigh数(Ra)从5×10^(7)变化到2×10^(9),Prandtl数(Pr)固定为5.5。结果表明,当Ra较小时,填充圆球对RB系统的传热几乎没有影响;当Ra较大时,RB系统的传热得到增强,最大增幅达16%。 展开更多
关键词 rayleigh-bEnard对流 湍流热对流 内置圆球 湍流传热
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湍流热对流DNS多分辨率并行直接求解方法
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作者 包芸 何建超 方明卫 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期641-647,共7页
依据温度标量场与动量计算的空间和时间计算分辨率不同的特点,采用两套网格,建立多分辨率双网格并行直接求解方法,用以解决极高Ra数湍流热对流DNS模拟巨大计算工作量的难题.在两套网格的数据交换上,根据每个细网格都满足连续方程,设计... 依据温度标量场与动量计算的空间和时间计算分辨率不同的特点,采用两套网格,建立多分辨率双网格并行直接求解方法,用以解决极高Ra数湍流热对流DNS模拟巨大计算工作量的难题.在两套网格的数据交换上,根据每个细网格都满足连续方程,设计了速度的守恒平移插值方法.二维极高Ra数湍流热对流的计算结果表明,采用多分辨率双网格并行直接求解方法的DNS计算,可以使计算工作量降低近一个量级.瞬时温度场显示,双网格方法的计算结果可以很好地描述极高Ra数下快速运动的小尺寸漩涡团状羽流,得到的结果与原网格一致,不同方法计算得到的传热Nu数误差不超过1%. 展开更多
关键词 rayleigh-bénard热对流 湍流 极高Ra数 多分辨率 MrPDM-DNS
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