二維矩形腔體中的混合流體行進(jìn)波對(duì)流.pdf

1、非線(xiàn)性科學(xué)是目前世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注的研究課題之一.日常中經(jīng)常見(jiàn)到的自然現(xiàn)象,如大氣,海洋、水庫(kù)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)等都處在遠(yuǎn)離熱平衡態(tài)的非平衡開(kāi)放系統(tǒng)中.在流體中當(dāng)上下界面的溫度差足夠大時(shí),起著不穩(wěn)定化作用的浮力作用將超過(guò)粘性和熱傳導(dǎo)的穩(wěn)定化效應(yīng),于是系統(tǒng)將出現(xiàn)不穩(wěn)定的熱對(duì)流現(xiàn)象.對(duì)這些現(xiàn)象的深入理解無(wú)論是在人們與自然和諧共處方面還是在控制利用自然方面都是不可缺少的. Rayleigh-Benard對(duì)流是研究這些現(xiàn)象的典型模型之一,它

2、具有實(shí)驗(yàn)易于控制,對(duì)流運(yùn)動(dòng)支配方程明確等優(yōu)點(diǎn).所謂Rayleigh-Benard對(duì)流,就是在一個(gè)封閉的空腔內(nèi),其上表面溫度恒定,下表面加熱,從而形成溫度差導(dǎo)致空腔內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象.因此,利用Rayleigh-Benard對(duì)流模型,系統(tǒng)的研究探討對(duì)流運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、時(shí)空結(jié)構(gòu)及非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性具有一定的代表性、非常重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值. 到目前為止,前人通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)手段及計(jì)算手段,已經(jīng)對(duì)Rayleigh-Benard對(duì)流中出現(xiàn)

3、的各種行進(jìn)波狀態(tài)有了一定的研究.觀(guān)察到了均勻行進(jìn)波(TW),Blinking行進(jìn)波(BTW),局部行進(jìn)波(LTW),雙局部行進(jìn)波(DLTW),定常對(duì)流狀態(tài)(SOC)等,并獲得了這些對(duì)流狀態(tài)的特點(diǎn).本文主要是基于流體力學(xué)基本方程組,使用SIMPLE算法來(lái)模擬二維矩形腔體中混合流體的Rayleigh-Benard對(duì)流運(yùn)動(dòng).通過(guò)變化控制參數(shù)一瑞利數(shù)Ra,來(lái)計(jì)算不同分離比,不同長(zhǎng)高比下腔體中出現(xiàn)的行進(jìn)波狀態(tài),觀(guān)察到了前人未見(jiàn)到的Ψ～-10<'-