【摘要】：城市中熱島效應(yīng),海洋中海水環(huán)流和工業(yè)中污水對環(huán)境的污染等都會涉及到對流運動問題。根據(jù)產(chǎn)生機理不同,對流運動可分為自然對流和強制對流,其中自然對流是因濃差或溫差引起密度變化而產(chǎn)生;而強制對流是由于外力推動而產(chǎn)生。本文主要是研究熱對流,其實熱對流是自然對流中的一種對流形式,也是熱傳遞的一種方式。熱對流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的一個過程。采用Rayleigh-Benard對流模型能很好地進行熱對流研究試驗,它被國內(nèi)外專家和學(xué)者廣泛采用。該模型具有實驗簡單且易于控制,便于進行理論分析等特點�？茖W(xué)工作者們通過研究,獲得了許多的Rayleigh-Benard對流的研究成果,這些成果不僅能夠良好的揭示對流現(xiàn)象,還能豐富物理學(xué)、經(jīng)典力學(xué)和流體力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科。針對普朗特數(shù)Pr = 6.99,0.72,0.0272三種流體,本文采用二維流體力學(xué)基本方程組進行數(shù)值模擬;研究了腔體高度,水平來流和周期性加熱對Rayleigh-Benard對流的時空結(jié)構(gòu),對流斑圖和對流特性的影響。研究結(jié)果如下:(1)腔體高度方面:選取腔體高度d=1d0,1.4d0,1.8d0,2d0,3d0時(其中d0=1cm),研究了對流運動的動力學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)了隨腔體高度d的增加,穩(wěn)定對流的對流圈數(shù)減、少,對流波數(shù)k基本保持恒定;且研究了對流穩(wěn)定后的對流振幅和努塞爾數(shù)與腔體高度d之間的關(guān)系。(2)水平來流方面:在水平來流的作用下,研究對流可獲得以下結(jié)論:①·對流成長過程可以劃分為三個階段,即為對流發(fā)展、對流指數(shù)成長和周期變化;在指數(shù)成長階段,線性成長率隨相對瑞利數(shù)的增大而增大;行波周期對水平來流雷諾數(shù)的依賴。②.對流存在均勻行波,局部行波和水平流三種對流斑圖;局部行波具有水平來流上下臨界雷諾數(shù),且水平來流上下臨界雷諾數(shù)隨相對瑞利數(shù)增大而增大。③.研究了對流斑圖的分區(qū)和對流斑圖的成長,對流斑圖分為行波區(qū),局部行波區(qū),水平流區(qū);三個區(qū)間內(nèi)對流斑圖的成長過程是不同的,但對流圈都是從下游區(qū)開始成長的。④.局部行波對流斑圖的水平流寬度隨水平來流雷諾數(shù)和相對瑞利數(shù)的變化。(3)周期加熱方面:對腔體底部進行周期加熱,研究了流體運動隨水平來流的變化,局部行波運動的穩(wěn)定周期隨水平來流雷諾數(shù)的變化,以及局部行波運動區(qū)間對水平來流雷諾數(shù)的依賴。
【圖文】：

標原點定于腔體底板和左壁板相交處，以 x 軸的向右方向，，z 軸的向上方sinesq 假設(shè)條件下，為了滿足溫度的線性變化，施加給腔體的溫度差都求解方程過程中只考慮浮力項的密度變化，浮力項的密度與溫度的關(guān) 0 -αT T，其它項的密度取為常數(shù)。下標為 0 表示熱傳導(dǎo)狀態(tài)下相應(yīng)圖 2-1 是對流的示意圖。描述該系統(tǒng)的流體力學(xué)方程組可表示如下： U 0（2.1） U U U gU020- ναTTρpt （2.2） TκTtT2 U（2.3） u,0,w，T，p，t 分別為速度矢量場，溫度場，壓力，時間。zg ge，矢量, g 為重力加速度。

圖 2-2 腔體上下壁溫度Fig.2-2 Temperature of lower and upper walls腔體具有水平來流。因此，：左端部進口設(shè)置流速： dzdzu 4u1max，w=0。：左端部進口的溫度為： dzT TT/20.50 。：右端部出口為自由出流： 0 xTxU。式中：xL 為腔體長度。初始條件為 u w 0，初始溫度取平均值（ T 293.15K）。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV131

【參考文獻】

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本文編號：2517638