侧向加热腔体中的多圈型对流斑图

基于流体力学方程组的数值模拟,研究了倾角θ=90°时侧向加热的大高宽比腔体中的对流斑图.对于Prandtl数Pr=6.99的流体,在相对Rayleigh数2≤Ra r≤25的范围内,腔体中发生的是单圈型对流斑图.对于Pr=0.0272的流体,取Ra r=13.9,随着计算时间的发展,腔体中由最初的单圈型对流斑图过渡到多圈型对流斑图,这是出现在侧向加热大高宽比腔体中的新型对流斑图.对不同Ra r情况的计算结果表明,Ra r对对流斑图的形成存在明显的影响.当Ra r≤4.4时是单圈型对流滚动;当Ra r=8.9~11.1时是过渡状态;当Ra r≥13.9时是多圈型对流滚动.对流最大振幅和Nusselt数Nu随着相对Rayleigh数的增加而增加.该对流斑图与Pr=6.99时对流斑图的比较说明,对流斑图的形成依赖于Prandtl数.

矩形倾斜腔体中的两种对流斑图和分区

为了研究矩形倾斜腔体中普朗特数Pr=0.72的流体对流斑图和分区,本文基于流体力学方程组进行了数值模拟。在相对瑞利数r=6.0的情况下,观察了倾角θ=10°和θ=60°时对流斑图随着时间的发展,发现系统存在单圈型对流和多圈型对流两种斑图。流线随着倾角的变化说明:随着倾角增加,对流圈数逐渐减少,对流波长逐渐增加,对流波数减小;然后,随着对流圈数显著地减少,系统由多圈型对流过渡到单圈型对流。根据模拟计算结果,给出了多圈型对流过渡到单圈型对流的临界倾角θc随着相对瑞利数r变化的关系曲线。对流在θ-r平面上分为两个区域:θ<θc时系统是单圈型对流,θ>θc时系统是多圈型对流。对流最大振幅A和努塞尔数Nu随着倾角θ的变化曲线被临界倾角θc分成两段,它们有不同的变化规律。因此,临界倾角也可以由对流最大振幅A或努塞尔数Nu的变化曲线来确定。

倾斜腔体中的对流斑图

基于流体力学方程组的数值模拟,研究了倾斜腔体中的对流斑图。对于普朗特数Pr=0.72和Pr=0.0272的流体,在相对瑞利数r=6,倾斜角度θ=1°时均观察到了多圈型对流斑图。对于普朗特数Pr=0.72的流体,在相对瑞利数r=3,倾斜角度θ=89°时观察到了单圈型对流斑图;在相对瑞利数r=6,倾斜角度θ=60°时系统出现了一种过渡对流斑图。对于普朗特数Pr=0.0272的流体,在相对瑞利数r=3,倾斜角度θ=89°时和在相对瑞利数r=6,倾斜角度θ=60°时,均发现了小波数多圈型对流斑图。这种新的对流结构在多圈型对流斑图情况下,对流滚动顺时针方向的运动或逆时针方向的运动交替出现。在小波数多圈型对流斑图情况下,对流滚动均逆时针方向运动。