利用FFT高效求解二维瑞利-贝纳德热对流

研究提高二维方腔瑞利-贝纳德对流直接数值模拟求解方法的计算效率问题.对于非定常湍流热对流,压力泊松方程的求解是影响整个计算效率的关键.利用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)解耦并结合追赶法,可实现压力泊松方程的直接求解.通过与跳点超松弛迭代法在求解精度和计算速度对比,可以看到,利用FFT压力泊松方程直接方法计算热对流问题是高效的.还给出了典型状态的热对流初始羽流和大尺度环流温度场,以及系列瑞利数(Ra)计算结果的宏观传热努塞数(Nu)变化.

贝纳德对流产生的温差条件

在Boussinesq近似的基础上,忽略贝纳德对流扰动方程二阶和更高阶的扰动,建立速度场和温度场的扰动方程.通过无量纲处理得到控制贝纳德对流的超越方程,利用MATLAB求解超越方程,得到实验室产生贝纳德对流的参数,为贝纳德对流实验提供参考和指导.

基于贝纳尔对流的区域经济地域结构系统研究——以河南部分市县为例

区域经济系统是一个开放的复杂巨系统,它具有贝纳尔对流的特点。如把剩余劳动力作为因区域经济差异而产生的流体,利用贝纳尔对流理论,可分析其在外界差异下的流动状态,并解释经济活动的地域自组织现象及运行机制。以河南部分市县为例,分析了剩余劳动力流动的不同发展阶段和特点。分析表明,中原地区形成了一个以郑州为吸引中心,新乡、开封等为扩散中心,周口等为辐射地区,安阳等为外围的区域经济地域结构;聚类分析进一步表明,各县域经济在外界差异的基础上分别形成不同的区域经济发展系统。

漫话石柱群与瑞利-贝纳尔对流

中国和北爱尔兰都有许多石柱群。作者从流体力学角度,探讨了石柱群的形成之谜,它是在火山喷发时,由于热分格对流而形成的。在流体力学中,最典型的热分格对流,是瑞利-贝纳尔对流。

液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流试验研究

本文介绍了作者于2015年11月在北京市大学生物理实验竞赛中获得一等奖的实验工作。通过自行设计的实验装置,演示了溶液的莱顿弗罗斯特现象,测量了溶液莱顿弗罗斯特点及其随溶液浓度的变化。当加热板表面有污渍,变得粗糙时,同样的溶液滴到表面,即使温度升高到莱顿弗罗斯特点之上,也不会产生莱顿弗罗斯特效应,说明加热板表面粗糙程度对溶液莱顿弗罗斯特效应有很大影响。当加热板表面光滑时,液滴体积的大小对莱顿弗罗斯特效应没有影响。还演示了连续介质的贝纳德对流现象,用二甲基硅油代替氯化钠溶液,滴到加热器皿里,当硅油层厚度达到一定值,上下表面的温差也达到一个临界值时,观察到贝纳德对流现象,测量了对流现象发生时硅油层的厚度及其上下表面温度差。通过设计并完成整个实验过程,学生系统地认识了液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流,拓展了学生的视野,激发了学习兴趣,锻炼了学生的创新思维和动手能力。创新性实验教学在培养学生科学素养方面起着重要的作用。

长方体腔内关于密度极值温度对称加热-冷却时冷水瑞利-贝纳德对流稳定性

为了解具有密度极值流体瑞利-贝纳德对流特有现象和规律,利用有限容积法对长方体腔内关于密度极值温度对称加热-冷却时冷水瑞利-贝纳德对流的分岔特性进行了三维数值模拟,得到了不同条件下的对流结构型态及其分岔序列,分析了密度极值特性、瑞利数、热边界条件以及宽深比对瑞利-贝纳德对流的影响.结果表明:具有密度极值冷水瑞利-贝纳德对流系统较常规流体更加稳定,且流动型态及其分岔序列更加复杂;相同瑞利数下多种流型可以稳定共存,各流型在相互转变中存在滞后现象;随着宽深比的增加,流动更易失稳,对流传热能力增强;系统在导热侧壁时比绝热侧壁更加稳定,对流传热能力有所减弱;基于计算结果,采用线性回归方法,得到了热壁传热关联式.

基于耗散结构的贝纳德对流研究

贝纳德对流作为一种常见的流体自组织现象,常常具有难以预测的特点,本文从耗散结构入手,以流体力学的手段研究并模拟了特定边界条件下的贝纳德对流.首先,根据不可压缩流体满足的连续性方程,能量守恒方程和纳维-斯托克斯方程,引入Boussinesq近似和流函数方法化简贝纳德对流的控制方程,结合理想流体的边界条件,对得到的方程进行变量分离,并引入洛伦茨系统以及瑞利数无量纲数以描述流体的控制方程.其次,利用有限差分法求解贝纳德对流的控制方程,分析不同参数时对应的相空间轨迹,并给出一定条件下的贝纳德对流的转变温度.最后,使用计算机模拟计算,基于格子玻尔兹曼方法处理流体微元间的相互作用,将体积为0.008l m 3的三维立体容器按正立方体等体积划分为106个小立方体进行模拟,分析模拟得到的贝纳德对流,验证了这种方法的可行性.

变压器贝纳德对流散热方法及箱顶式散热器

本文中回顾了油浸式变压器自然油流循环散热技术的现状,介绍了贝纳德对流传热原理和特性,提出了油浸式变压器的贝纳德对流散热方法及油箱顶散热变压器的结构,并对油箱顶散热变压器的传热和散热进行了设计计算。

纳米有序多孔阳极氧化铝形成过程中的对流作用

二次阳极氧化法制备纳米多孔氧化铝由于其应用范围广、制备工艺简单、制备成本低廉等因素被广泛采用,但对制备过程中纳米有序多孔结构的形成机理研究存在较多分歧。根据电解液在电场和温差作用下内部出现的有序环流,结合二次阳极氧化法制备多孔氧化铝的实验过程和样品的形貌表征,对有序多孔结构的形成机理进行了研究。结果表明:在阳极氧化铝形成初期,致密氧化铝膜表面导电离子浓度在外电场作用下发生变化,电解液中形成有序分布的粒子环流,是该阶段影响一次阳极氧化铝膜有序结构形成的主要因素;阳极氧化后期,电解液作为远离平衡态的开放系统,在达到临界温度时进入有序的耗散结构状态,即电解液中出现了自组织的热对流,是二次阳极氧化能够形成大孔径、高度有序多孔结构的主导因素。

二维方腔热对流系统中纳米颗粒混合及凝并特性的数值模拟

采用泰勒展开矩方法对二维瑞利-贝纳德热对流系统(1×106 Ra 1×108)中纳米颗粒群的混合和凝并特性进行了数值模拟.结果显示颗粒群随时间演化经历了扩散阶段、混合阶段、充分混合阶段3个阶段,随着颗粒群混合和凝并的进行,颗粒数目浓度减少,颗粒群的平均体积增大;得到了颗粒分布函数各特征量与温度相关系数以及各特征量的空间分布标准偏差在3个阶段的不同特征;得到了颗粒分布函数各阶矩以及平均体积长时间演化的渐近行为,结果与零维渐近解析解一致.最后,本文进一步研究了无量纲数(包括瑞利数Ra,斯密特数S cM,达姆科勒数Da)对颗粒群达到自保持分布时间的影响,发现该时间随着Ra和S cM的增大呈对数率减小,随着Da的增大呈线性增大.

利用瑞利数理论研究贝纳德对流的产生条件

贝纳德对流是在从下方加热的流体的平面水平层中发生的一种自然对流现象。研究此现象对于深刻认识耗散结构的物理图像以及流体在混沌系统中的运动具有重要意义。为研究其产生的条件以及物理特性,本文建立流体模型,从基本控制方程组出发,导出在固定边界条件下物理量满足的特征方程,利用重要的无量纲数——瑞利数Ra来表征是否发生对流,并推导出从静态突变至稳定对流的临界值R_(c1)=1708。在理论结果的基础上,使用COMSOL Multiphysics􀳏进行了仿真模拟,所得结果符合理论预言,且通过导出运动动画进一步分析了液体的运动特性。为考察温度梯度较大时对流的第二次失稳,引入洛伦兹方程组理论求解,获得了第二个临界值R_(c2)=46177。据此得到贝纳德对流的产生条件为R_(c1)<R_(a)<R_(c2)。

Rayleigh-Benard热对流强化传热技术进展

近年来,流动传热在动力、核能、石油化工、航空航天等领域中的应用备受关注,其中Rayleigh-Benard对流成为对流热传输的研究热点,但如何提高其热传输效率是亟待解决的难题。本文针对国内外学者提出的RB对流强化换热技术进行综述,这些技术大致可分为有源强化和无源强化技术。有源强化技术包括加入扰动流体法、垂直旋转轴法、脉冲法;无源强化技术则包括粗糙表面法、分区法、横向限制湍流法。文中将对每种方法的原理、实验手段及其主要结论等进行介绍,并对其典型的工程应用及发展趋势做出展望。本研究对深入认识RB对流传热机理有重要意义,具有较为广泛的工业应用价值。

冰雹预报和防雹

由上升气流中水汽凝结潜热释放造成的高空大气层的温差,而生的贝纳对流形成冰雹;用熵距平试作冰雹预报;在主上升气流中的爆炸防雹.

设计一种改善钨材脆性的方法

本文论述材料脆性的起因，贝纳对流的最小熵产生和对流发生后的有序性增大；以及利用钨液的贝纳对流增大钨材的有序性，使脆性改善。

冰雹预报和防雹

由上升气流中水汽凝结潜热释放造成的高空大气层的温差而生的贝纳对流形成冰雹,用熵距平试作冰雹预报,在主上升气流中的爆炸防雹。

我国500年来大旱大涝与日食的关系

连续四次极地日食或连续三次极地日食加中纬日食形成厄尔尼诺 ,而两次低纬日食或一次赤道日食即可形成拉尼娜 ,以此从日食资料和旱涝资料找出了 50 0年来我国的大旱大涝多发生在厄尔尼诺、拉尼娜年的规律 .并用贝纳德对流花样和大气运动的不连续性说明它的机制 .