局部行波对水平来流的依赖性

水平来流和上下壁温度差的热作用使腔体内的流体发生运动,腔体内会呈现精彩的对流斑图。该文采用二维流体力学基本方程组的数值模拟,研究了普朗特数Pr=6.99时矩形腔体外加水平来流对局部行波对流结构的影响。由水平来流和垂直热作用的相互作用可获得均匀行波,局部行波和水平流三种对流斑图。在保持相对瑞利数r不变,水平来流雷诺数Re逐渐增大的情况下,可以得到均匀行波转变到局部行波的水平来流临界雷诺数Re,即局部行波存在的下临界雷诺数Re_l;局部行波转变到水平流的水平来流临界雷诺数Re,即局部行波存在的上临界雷诺数Re_u。通过改变相对瑞利数r发现了不同的水平来流临界雷诺数Re_l,Re_u。发现水平来流临界雷诺数随相对瑞利数r增大而增大;并给出了水平来流临界雷诺数Re_l,Re_u与相对瑞利数的函数关系式。同时对局部行波的结构进行了分析,可得局部行波的宽度随水平来流雷诺数的增大而减小。     

普朗特数对对流斑图的分区和扰动成长模式的影响

该文采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr(28)0.72流体对流进行数值模拟。取相对瑞利数r(28)4时,随着水平来流雷诺数的逐渐增大可获得行波、局部行波和水平流三种斑图。分析Pr(28)0.72流体的斑图分区情况,可以得出在水平来流雷诺数和相对瑞利数构成的平面上,他们都被水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l划分为行波区间、局部行波区间和水平流区间;同时对三种流体的水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l随相对瑞利数r的变化情况进行了观察,可发现他们都是随r的增大而增大的。在相对瑞利数r(28)3 8、和13时,研究普朗特数Pr对水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l的影响,可知Re_u和Re_l随Pr增大而减小;且介于Re_u和Re_l之间的局部行波的范围随Pr增大而减小。对普朗特数Pr(28)6.99、0.72和0.0272的行波斑图及局部行波斑图的成长过程进行研究,发现了两种扰动成长模式,其中Pr(28)6.99流体的扰动是从腔体中部开始成长的;Pr(28)0.72和0.0272两种流体的扰动是从腔体右端区域内开始成长。     

底部加热的两板间水平流动进口段流动特性分析

采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr=0.72的具有水平流动的底部加热两板之间的流动特性进行数值模拟。结果表明,对于给定相对瑞利数r,随着雷诺数Re的增加,底部加热的两板之间依次出现定常对流滚动,均匀行波对流滚动,具有水平流动进口段的局部行波对流滚动及水平流动。对于相对瑞利数r=3,在雷诺数9.0＜Re＜21.0范围内,系统是局部行波对流滚动,存在水平流动进口段。随着雷诺数增加,水平流动进口段长度增加。对于雷诺数Re=25.0,在相对瑞利数4＜r＜12范围内,两板之间是局部行波对流滚动,出现水平流动进口段。随着相对瑞利数增加,水平流动进口段长度减小。最后给出了进口段长度随雷诺数或相对瑞利数变化的经验式。     

Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中的局部行波对流

Poiseuille-Rayleigh-Benard流动是研究非平衡对流的斑图(pattern)及非线性动力学特性的典型模型之一。本文通过流体力学基本方程的数值求解,研究了二维矩形腔体中水平来流和瑞利数对Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中的局部行波斑图形成的影响。当水平来流强度为定值时,随着瑞利数的增加,能够依次出现有水平流动的传导状态,局部行波对流和充分发展的行波对流等3种斑图。如果瑞利数被固定,随着水平来流强度的增加,依次出现充分发展的行波对流,局部行波对流和有水平流动的传导状态等3种斑图。局部行波对流的存在宽度依赖于水平来流强度和瑞利数。并进一步讨论了局部行波斑图的动力学特性。     

分离比对行波对流缺陷特性的影响

该文通过流体力学方程的数值模拟,研究了分离比ψ(28)-0.2,-0.4和-0.6时混合流体行波对流中缺陷的结构和特性。结果发现,有缺陷的行波对流最大垂直流速和努塞尔数随着相对瑞利数r的增加而增加。随着r的不同,行波的传播方向可以不同,缺陷出现的位置基本位于腔体中部。缺陷出现的周期随着r的增加而增加。有缺陷的行波对流存在区间随着负分离比的增大而增大。有缺陷的行波对流存在的上下限也随着负分离比的增大而增大。对应的缺陷周期的上下限数值随着负分离比的增大而减小。当分离比ψ(28)-0.2时,有缺陷的行波对流缺陷周期随着相对瑞利数r增加而迅速增加,缺陷周期增加的梯度具有最大值。当分离比ψ(28)6-0.时,随着相对瑞利数r增加,有缺陷的行波对流缺陷周期缓慢增加,缺陷周期增加的梯度具有最小值。因此,分离比对缺陷出现周期有明显的影响。     

具有两个间歇性缺陷的行波对流

基于流体力学方程组,对长高比G=30腔体内分离比y=-0.6混合流体时具有的两个间歇性缺陷行波对流进行了数值模拟。结果发现,在具有缺陷的局部行波之后,系统出现了具有两个缺陷的行波对流,它稳定地存在于r∈[2.23,3.91]范围内。对于给定的相对瑞利数,第一和第二缺陷的出现位置是固定的;第一缺陷出现周期也是固定的。在缺陷存在的下限附近,第二缺陷的出现周期是不规则的。第一缺陷的出现位置距背离行波传播方向的端壁的距离l_1和第二缺陷的出现位置距背离行波传播方向的端壁的距离l_2随着相对瑞利数的增加而增加;第一缺陷的出现周期T_1和第二缺陷的出现周期T_2随着相对瑞利数的增加而增加。第二缺陷的出现距离l_2大于第一缺陷的出现距离l_1,第二缺陷的出现周期T_2大于第一缺陷的出现周期T_1。具有一个缺陷的行波对流存在于r∈[3.91,4.32]范围内。对于给定的相对瑞利数,缺陷的出现位置l和缺陷出现周期T是固定的。缺陷出现的位置l和周期T随着相对瑞利数的增加而增加。该文还讨论了无缺陷行波的特性和不同结构行波对流特性参数随着时间变化的不同规律。     

具有通过流动的倾斜腔体的对流特性

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。     

两种类型的摆动行波对流

通过流体力学基本方程的数值模拟,研究了摆动(Undulation)行波对流的动力学特性.当分离比ψ=-0.3时,随着r逐渐增加,出现了两种摆动行波对流斑图,即没有固定周期的摆动行波对流和周期性的摆动行波对流。没有固定周期的摆动行波对流,平均波数在k=2.88和k=3.14之间变化,当遇到摆动行波转向时,周期变化的对流振幅的周期破坏,出现对流振幅变化的波动和调整。周期性的摆动行波对流的摆动周期固定,空间平均波数不随时间变化,空间上的局部波数和对流振幅随着时间周期的变化。对不同分离比的研究表明,摆动行波对流的存在区间随分离比绝对值减小而减小,随r增加而减小。比较ψ=0.3的计算结果和其他分离比的计算结果,发现分离比影响着行波对流斑图的形成及它们之间的转化。     

长高比对行波对流缺陷特性的影响

该文研究了长高比为Γ?12,20情况下行波对流中缺陷的特性。对于混合流体分离比ψ?-0.6,长高比Γ?20的情况,有缺陷的行波对流稳定存在于相对瑞利数r∈(2.224,3.6]的范围。在有缺陷的行波对流存在的上限附近,随着r的增大,缺陷发生的周期迅速增大。对于不同的分离比,对于ψ?-0.2的情况,Γ?12时有缺陷的行波存在的相对瑞利数范围比Γ?20时的范围小;对于ψ?-0.4的情况,Γ?12时有缺陷的行波存在的相对瑞利数范围与Γ?20时的范围相当,但存在区间的上下限前移较大;对于ψ?-0.6的情况,Γ?12时有缺陷的行波存在的相对瑞利数范围与Γ?20时的范围相当,但存在区间的上下限稍微前移。因此,长高比对有缺陷的行波有明显的影响。     

缺陷源S型周期移动的对传波

该文利用SIMPLE算法求解混合流体对流的流体力学方程组,研究了分离比ψ(28)-0.2及长高比Γ(28)12,20和40情况下缺陷源S型周期移动的对传波的动力学特性。结果发现,缺陷源S型周期移动的对传波存在的下限以下是有缺陷的行波,对传波存在的上限以上可以是不同的行波。缺陷源随着时间在腔体内作"s"型变化。随着相对瑞利数r的增加,缺陷源S型周期移动的对传波摆动周期变长,摆动振幅变小。对传波的存在区间,对传波存在区间的上限值,对传波摆动周期随着长高比Γ的增加而变大。Γ(28)12时,对传波的分支上没有出现缺陷结构;Γ(28)02时,对传波的半个周期内只有一个分支出现具有缺陷的行波;Γ(28)40时,对传波的半个周期内多个分支出现具有多个缺陷的行波。因此,随着Γ的增大,对传波分支上的缺陷增加,对流结构变得比较复杂。     

NUMERICAL SIMULATION OF TRAVELING WAVE CONVECTION IN A WEAKLY NONLINEAR REGIME

1.　INTRODUCTIONExperimentsontravelingwave(TW)convectionofabinaryfluidmixtureinfinitegeometrieshavefoundthatthesystemundergoesatransitionofalinearinstability[1][2]　attheonsetofconvectiontoaweaklynonlinearbranch[3～10]　　　inverycloseonsetofconvectionforacertainparameters.AlongthisweaklynonlinearbranchtherichdynamicshasbeenobservedinexperimentsforaseparationratiowithorderofΨ～-10-2.Spatiallyandtemporallymodulatedtravelingwaves(MTW)statefortheconvectionofabinaryfluidmixtureinalongandnar…     

中等长高比腔体内的局部行进波对流

本文通过二维流体力学基本方程的数值摸拟，讨论了具有较弱的Soret结合的中等长高比空腔中的Counter propagating wave，局部行进波及定常行进波的动力特性，探讨了局部行进波的Rayleigh数依赖性及稳定性。     

双局部行进波对流的时空结构

本文通过二维流体力学基本方程的数值模拟，探讨了均匀行进波状态时的阴影强度分布特性。两个Rayleigh数的局部行进波形成过程的计算比较说明局部行进波的稳定性依赖于Rayleigh数的大小。在稳定区间内局部行进波的宽度随Rayleigh数的增加而增加。最后对一个时间周期上行进波场进行平均后说明，场的平均值可以很好的表征双局部行进波特性。     

不同Pr数湍流热对流流动特征

该文采用高效并行PDM-DNS方法,计算了10~8≤Ra≤10~(10),Pr=0.7和4.3的二维湍流热对流。相同Ra数情况下,两种Pr数下的羽流形状及运动存在明显差异,Pr=0.7时羽流结构更不稳定,同时大尺度环流路径的尺寸在Pr=0.7时也较小;两个Pr数的平均场有基本相同的温度边界层厚度,系统的传热效率Nu数基本相等;比较水平速度的纵向分布,Pr=0.7时水平速度的最大值较大,出现的位置距上下边界较远。     

水平流作用下的混合流体行进波对流

利用高阶紧致有限差分格式,数值模拟研究了物性参数对具有Soret效应的混合流体的Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动系统的影响。在正的小分离比下,附加一个微小的温度扰动作为扰动源,流动系统时空结构的发展在经历了初始状态、线性波指数型成长和非线性发展三个阶段之后,最终演变成为稳定的周期性行进波状态。还进一步探讨了水平流强度和Rayleigh数对流场结构的影响。     

FLUENT软件在圆柱绕流模拟中的应用

使用计算流体力学软件FLUENT，模拟均匀来流绕固定圆柱的流动，模拟雷诺数为20，40，100时的绕流流动，得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。计算结果表明：当雷诺数增加时，流动表现出一系列不同的构造。在雷诺数约为40前后流场有明显变化。小于这个数时，存在一对位置固定的旋涡。大于40时，流场开始变得不稳定，旋涡扩大、脱落、又生成，逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。并与实验及数值模拟结果比较，确认FLUENT能够很好地预测流动结构。     

基于FLUENT的小雷诺数下方柱绕流的数值模拟

采用FLUENT对小雷诺数（Re〈52）下方柱绕流进行数值模拟,分析方柱后对称反向漩涡的图谱与漩涡尺寸的特点,分析研究表明：在小雷诺数下,方柱绕流的图谱与圆柱绕流图谱相似,并存在两个特征雷诺数,但两个特征雷诺数较圆柱绕流的小些;方柱绕流对称反向漩涡尺寸与雷诺数呈线性关系变化,并且漩涡发生得比圆柱绕流更为剧烈;方柱绕流柱体后的漩涡能够较容易达到稳定状态。研究结论进一步丰富方柱绕流问题。     

THE APPLICATION OF THE AVERAGING FINITE DIFFERENCE SCHEME IN THE SIMULATION OF SEPARATED FLOW

ＴＨＥ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＡＶＥＲＡＧＩＮＧ　ＦＩＮＩＴＥ　ＤＩＦＦＥＲＥＮＣＥ　ＳＣＨＥＭＥ　ＩＮ　ＴＨＥ　ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＳＥＰＡＲＡＴＥＤ　ＦＬＯＷＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＯＦＴＨＥＡＶＥＲＡＧＩＮＧＦＩＮＩ...     

Combined effect of Reynolds and Grashof numbers on mixed convection in a lid-driven T-shaped cavity filled with water-Al_2O_3 nanofluid

Lid-driven mixed convection has been given immense importance due to its wide range of applications. A T-shaped cavity is introduced and pertinent parameters controlling mixed convection phenomenon are analyzed in this paper. Water-Al2O3 nanofluid is considered inside the cavity to augment heat transfer rate. Galerkin weighted residual method of finite element analysis is applied for the numerical simulations. Numerical solution is obtained for different solid volume fractions of nanofluid(?= 0- 0.15), Grashof numbers(Gr= 0.1 ?5 000) and Reynolds numbers(Re= 0.31 ?1 000) in laminar flow regime. Special attention is given on the analysis of flow at the pure mixed convection regime. It is found that Grashof, Reynolds and Richardson numbers along with solid volume fraction of nanofluid have significant effect on heat transfer characteristics inside the cavity. Results are presented using streamline and isotherm contours along with related variation of average Nusselt numbers of the heated wall and average fluid temperature inside the cavity.