【摘要】：熱對流是由于流體運動產生的傳熱機制,它廣泛存在于大氣環(huán)流,海洋環(huán)流等眾多系統(tǒng)中,湍流熱對流模型是建立于眾多自然對流現象之中典型流體力學模型。前人關于對流的研究多集中在光滑邊界,但實際真實的流場中,絕大多數物質表面為粗糙面,所以對于粗糙邊界下的湍流熱對流研究十分重要。本實驗中,我們通過將邊界制作成高與邊長均為3mm的金字塔形來實現粗糙邊界條件。保持系統(tǒng)內的普朗特數Pr=6.8恒定不變,在Ra數的測量范圍為8.3×108～3.8×109的條件下,測量溫度分布與溫度脈動情況,以了解熱量傳遞機理以及溫度的統(tǒng)計特性。本文在湍流熱對流中,進行了內部的熱邊界層波動對內部溫度θ(z)分布剖面以及溫度脈動η(z)剖面影響的研究。隨著測量位置距離底板的距離z逐漸上升,我們發(fā)現了三個標度率特性。在邊界層區(qū)附近,在熱邊界層厚度不同時,我們測量得到的θ(z)與η(z)均會在熱邊界層厚度δ變化的情況下,得到對應的分布特性θ(z/δ)與η(z/δ)具備自相似性。在邊界層之外的區(qū)域,由于θ(z)幾乎保持恒定不變,因此,我們引入另外一個表述溫度剖面的參數(?)(z)來描述邊界層之外的溫度變化情況,發(fā)現了溫度隨z/H(H為系統(tǒng)裝置高度)呈現對數函數關系分布的對數分布區(qū):(?)= A1n(z/H)+ B,并在Ra數在8.3×108～3.8×109變化時,發(fā)現了對數分布區(qū)內幅值A隨Ra數變化的關系式A(Ra)=A0Raη。同樣,在邊界層之外的溫度脈動研究中,我們發(fā)現得到的η(z)隨著z/H呈現出一個很好的指數函數關系,η(z)～(z/H)ε,在本實驗的系統(tǒng)中測量得到的ε值為-1.45,并且該分布特性在Ra數處于8.3×108到3.8×109之間時,保持一致。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O357.5;TK124
【圖文】：

分子微團受熱導致內部密度減小，從而在浮力的作用下，向上運動逐漸冷卻的過程中，由于流體微團密度增大，從而在重力的作用下，。該對流傳熱過程廣泛存在于自然界，并在自然界中充當傳熱的主要對流是地球物理重要的研究內容[1-3]，如海洋的洋流，大氣的流動[4-6熱等均存在熱對流。在工業(yè)上，熱對流研究理論也有大量的運用，比件的散熱片設計等。于前人的理論研究得出經典的用于研究熱對流系統(tǒng)傳熱系統(tǒng)的模型gh-Bénard 對流模型（RBC）[7]。在這個模型中，我們把自然熱對流團受熱上升與冷卻下降的系統(tǒng)簡化為：在流體底部放置一塊均勻恒溫，頂部為一塊均勻恒溫的冷卻板。通過底部加熱與頂部冷卻從而形成對流模型。它包含了所有上文中自然熱對流的特性，并進行了合理地圖 1-1 所示，圖中藍色部分是頂板冷卻而導致液體向下運動形成等溫面部分隨后會形成的冷羽流[8]，紅色部分是由于底板加熱而導致液體向成等溫面，隨后會形成的熱羽流[8]，這些描述的正是分子微團運動的

熱量傳遞過程對于 RBC 系統(tǒng)內部的。在 RBC 系統(tǒng)中，近年來有許多問題尺度環(huán)流。其研究的問題是在 RBC的一個途徑，如何從加熱的底板傳遞有助于對于熱量傳遞途徑的理解。人現：在靠近熱板以及冷板的板面處，，系統(tǒng)中近百分之八十的熱量都集界層脫離，從而形成熱羽流與冷羽流運動來傳遞。就是羽流的形成以及傳遞的過程，其羽流，對應的紅色流體微團是熱羽流冷板以及熱板脫離，并且向對面運動傳遞的過程，所以分布在流體中的熱礎，而研究溫度剖面特性，正是研究進一步了解熱對流的溫度傳熱特性有

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本文編號：2735102