混合流體Rayleigh-Benard對流斑圖的數(shù)值模擬研究.pdf

1、熱對流是一種常見的自然現(xiàn)象,與日常生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。Rayleigh-Benard對流則是研究熱對流現(xiàn)象的一個(gè)經(jīng)典模型,是指在一個(gè)封閉的腔體內(nèi),其上表面溫度恒定,下表面加熱,從而形成溫度差導(dǎo)致腔體內(nèi)流體運(yùn)動的流動現(xiàn)象。由于該系統(tǒng)試驗(yàn)簡單易于控制,以及描述該系統(tǒng)的精確方程已知,便于理論分析,故該模型也是被普遍接受研究對流穩(wěn)定性、時(shí)空結(jié)構(gòu)和非線性特性的模型之一。 20世紀(jì)80年代以來,Rayleigh-Benard對流的研究已集中

2、在二成份混合流體方面,實(shí)驗(yàn)已揭示該系統(tǒng)蘊(yùn)含非常豐富的時(shí)空斑圖動力學(xué)行為。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,混合流體Rayleigh-Benard對流在數(shù)值模擬方面也有較大進(jìn)展。 本文旨在于通過求解流體力學(xué)基本方程組,模擬矩形窄長腔體內(nèi),二成份混合流體Rayleigh-Benard對流的流場、溫度場、濃度場,根據(jù)各種場的結(jié)構(gòu)及特性,研究對流斑圖結(jié)構(gòu)及其非線性特性。論文重點(diǎn)計(jì)算了長高比г=12和20的矩形腔體,分離比ψ=-0.6、-0

3、.4及-0.2下的對流分叉曲線,以及沿著分叉曲線出現(xiàn)的各種有趣的對流斑圖,其中包括目前未有報(bào)道的有缺陷的LTW、有兩個(gè)缺陷的TW狀態(tài)、以及缺陷源不隨時(shí)間擺動的CPW;詳細(xì)闡述了這些特殊行進(jìn)波的對流特性及斑圖形態(tài)；通過比較不同長高比和分離比下出現(xiàn)的同種行進(jìn)波狀態(tài),探討了各種行進(jìn)波的存在區(qū)間、時(shí)空結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性等；并對LTW狀態(tài)下平均濃度參數(shù)予以論述,試圖解答LTW的局部存在機(jī)理。文末,總結(jié)了斑圖出現(xiàn)和斑圖特性對長高比及分離比的依賴性,試圖