底面局部加热条件下热湍流的流场变化及传热规律

在实际的自然对流现象与工业对流换热设备中常常存在非均匀热边界问题,底面局部加热就是其中的一类。本文使用直接数值模拟方法研究了 Pr = 2、Ra = 1×10^(8)条件下,加热长度 l = 0.5 时,不同加热位置对二维方腔内热湍流流场变化及传热规律的影响。其中,下壁面为恒温加热及绝热条件共存的混合边界条件,而上壁面依然为等温条件。将局部加热计算结果与经典 Rayleigh-Benard 对流(RBC)进行比较,结果表明:局部加热条件会对冷热羽流混合和系统下壁面角涡的生长产生抑制作用,从而抑制了大尺度环流的反转;同时,加热位置越靠近下壁面中心,对应总动能和角动量的绝对值越大、振幅越小;局部加热系统通过调整加热位置可令系统传热效率最大化,最高可达 RBC 系统的 73.2%。

基于模态分解的风力机尾迹特征研究

水平轴风力机的尾迹对风电性能和下游风力机疲劳载荷有重要影响.本文采用致动线模型(Actuator line method, ALM)的大涡模拟方法(Large-eddy simulation, LES)研究了NREL-5MW风力机尾迹的时空演化特征.从获得的瞬时场可以看出叶尖涡向下游发展后变成涡环,涡环失稳产生大量涡丝,涡丝重连生成小尺度涡环,小尺度涡环进一步破碎成更小的湍流结构.从平均场可以看出来流经过风力机后,速度发生台阶式降低,速度亏损剖面形状为W形.随着尾迹向下游发展,尾迹速度逐渐恢复且湍流强度逐渐增大,直至风力机后5个转子直径处速度亏损剖面的形状变为U形,但湍流强度的峰值开始降低.通过本征正交分解方法(Proper orthogonal decomposition, POD)和动力学模态分解方法(Dynamic mode decomposition, DMD)分析发现,风力机尾迹演化过程中叶片旋转的相关模态、涡环模态都可以被很好地捕捉到.