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。

倾角对倾斜腔体对流的影响

为了研究倾斜腔体中普朗特数Pr(28)0.0272的流体倾角对对流的影响,利用SIMPLE算法数值求解了流体力学方程组。结果说明,相对瑞利数r=6.0情况下,当倾角θ=10°时系统由最初的单圈型对流随着时间发展成密实的多圈型对流。当倾角θ=60°时系统由最初的单圈型对流随着时间发展成疏松的多圈型对流。对流稳定时间取决于最大垂直流速wmax的变化。对于不同的倾角,r=6.0时,密实的多圈型对流过渡到疏松的多圈型对流的分界点为qc=30°。对应于上述两种斑图,特征物理量分为具有不同特性的两段,它的分界点为qc=27°。因此,对于该文的流体,斑图的转变滞后于特征物理量的转变。在θ-r平面上,对流分为两个区域,q(27)qc时系统是密实的多圈型对流,q(29)qc时系统是疏松的多圈型对流。该文还建议了临界倾角qc随着r变化的关系曲线。