長方體腔體中Rayleigh-Benard對流結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、非線性系統(tǒng)是目前在世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注的研究課題之一,是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域里最普遍的現(xiàn)象。諸如非線性系統(tǒng)中的分岔、混沌、分形和奇怪吸引子等現(xiàn)象越來越引起人們的興趣,使其在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、氣象學(xué)、流體力學(xué)(為解決湍流問題帶來希望)、經(jīng)濟(jì)學(xué),生態(tài)學(xué),以及工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也更加廣泛,乃至對一些社會科學(xué)部門的研究和發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。同時(shí),科學(xué)實(shí)踐的進(jìn)一步深化反過來又促進(jìn)非線性動力學(xué)理論的縱深發(fā)展。 Rayleigh-B

2、enard(RB)對流是研究這些非平衡開放系統(tǒng)中的諸共有特性的典型模型之一,是水力學(xué),流體力學(xué)的基礎(chǔ)問題之一。因此,利用Rayleigh-Benard對流模型系統(tǒng)研究探討對流運(yùn)動的穩(wěn)定性、時(shí)空結(jié)構(gòu)、圖案(Pattern)形成及非線性動力學(xué)特性具有-定的代表性、非常重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值。 所謂Rayleigh-Benard對流,就是在一個(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。具

3、有實(shí)驗(yàn)易于控制、對流運(yùn)動支配方程明確等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)揭示了極其豐富的動力學(xué)現(xiàn)象。 本文使用成熟的大型商業(yè)計(jì)算軟件,對流體力學(xué)基本方程組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過改變相對瑞利數(shù)和邊界條件,計(jì)算得出各種狀態(tài)下的流動特性和時(shí)空結(jié)構(gòu)。二維情況下,RB對流系統(tǒng)為定常流動,對流軌道具有空間周期性。隨著相對瑞利數(shù)的增大,RB對流系統(tǒng)存在兩種不同形式的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)RB對流與水平來流耦合作用時(shí),系統(tǒng)為非定常流動,對流結(jié)構(gòu)既表現(xiàn)空間周期性,同時(shí)也表現(xiàn)時(shí)間周期