力学大会2015集三维窄方腔热对流近底板对涡结构特性研究

招，黄茂静，Ra数的变化规律。热对流广泛存在于天体、、地球地幔、大气、海洋环流等自然界运动，以及核反应堆堆芯Rayleigh-Bénard热对流(RB对流)是一种由底部水平平板加热流体后所形成的位于两个平行平板之RBRaPr数。在Ra=107~2x1010Ra的不断增加，RB对流分别经历层流阶段、软湍流阶段和硬湍流阶RB对流中的流动结构是一个重要研究方向。RB湍流热对流系统中存在大尺度环流结构，最早KrishnamurtiHoward在流动显示中观测到[1]。在数值模拟中，同样能清楚地捕捉到大尺度环Rayleigh-BénardDNSRa=1072x1010,Pr=4.3的九VVV=- 2V tV Ra其中，无量纲参数RagH3为瑞利数，Pr为 无压梯边界条件，而在上壁面温度为-0.50.5MPI与Openmp计100万时间步的平均场。22RBRa=107，Ra=109和Ra=2x1010Ra数的增大，平均流场中的最大速度值也不断变大。在图2(a)的平均速度流线图中可以看到，在层流2(b)2(c)的平均速度流线图中看到，在用涡旋Q判据研究窄方腔热对流的平均流场中的涡结构。发现无论在层流阶段、软湍流阶段或33(b)给出了3(c)给出了Ra=2x1010下的近度板对涡。在硬湍流阶段，上下近底附近的近底板对涡保持称状态。窄方腔热对流中近底板对涡基本沿上下底板长棱方向，截面上的涡量强度能反应涡旋流动特性。选取窄方腔xx5yz坐标沿x的变化，讨论在6y坐标和zx的分布。在不同流动阶段，近底板对涡的涡心位置在x方向的空间分布规律6(a)(d)yz坐标沿x方向基本不变。x方向zx方向有明显变化。在靠近角涡的方向，小涡更加靠近壁面，在远离角涡的方向，小涡2(c)6(f)中涡心位置图可量强度沿x的分布规律图。x的空间分布。近底板对涡的两个涡心涡量强度为一正一负。在层流阶段，近底板对涡的涡心涡量明显。在硬湍流阶段，近底板对涡出现对称破缺，小涡涡心涡量强度沿x方向变化显著，大涡涡心近底板对涡随Ra和涡量强度为不同RaRa数的8(a)(b)xyzRa数的变化。在层流和软湍流阶Ra数的增加，近底板对涡的涡心位置基本保持不变。在硬湍流阶段，近底板对涡发生对9xRa数的变化。在层流和软湍流阶段，随xRa=1072x1010Ra1KrishnamurtiR,HowardLN.Largescaleflowgenerationintrubulentconvection.Proc.Natl.Acad.Sci.2招，，三维湍流热对流的高效并行直接求解方法.物理学报，2015，64(15),3Ke-QingXia,ChaoSun,Sheng-QiZhou.Particleimagevelocimetymeasurementofthevelocityfieldinturbulentthermalconvection.PhysicalReviewE,2003,68,0663034，三维窄方腔热对流数值模拟及流动和传热特性研究.[].中山大学 ZHANGYizhaoHUANGMaojingBAOThe3DRayleigh-BénardconvectioninthenarrowsquareforRa=1072x1010,Pr=4.3of9casesiscalculatedwithDNS.Itisfoundthatflowstructureofthevortex-pairneartescanalwaysbeobservedinthe3DRayleigh-Bénardconvection.Theflowcharacteristicofthevortex-pairneartesisysied.spatialdistributionofvortexcorepositionandvorticitystrengthofthevortex-pair

alongthedirectionisdiscussed.Thevortex