二维方腔热对流羽流流动特性及平均场传热特性研究

本文进行了二维Rayleigh-Bénard热对流数值研究.在非等距网格上用二阶中心差分格式,并采用跳线迭代的半隐式格式求解压力泊松方程.在Pr=4.3情况下,计算了8个Ra数(2×105≤Ra≤2×109)的热对流场.计算结果表明:在热对流发生的初始阶段,蘑菇状羽流先在方腔内的边角位置产生,然后在方腔顶底边中部产生;不同的Ra数初始羽流数不同,Ra数越大,初始的蘑菇状羽流数越多.在热对流充分发展的流动阶段,当Ra数较小时(2×105≤Ra≤2× 106),流动不稳定,较大尺度的羽流来回穿梭致使方腔中心涡流动不停翻转；当Ra数变大时(2×107≤Ra≤2×109),羽流流动形成稳定角涡,方腔中部形成了稳定的大尺度中心涡.并计算了各个Ra数迭代100万次的平均场温度边界层厚度和Nu数,得出了温度边界层厚度d与Ra数和Nu数与Ra数只有对数律关系的结论.

Plume movement characteristics and heat transfer characteristics in 2-D thermal convection