长矩形截面腔体内Rayleigh-Benard对流斑图

摘要

自上世纪80年代以来，国内外众多专家和学者对Rayleigh-Benard热对流进行着广泛研究。原因是Rayleigh-Benard热对流模型对江、河、湖海中双对流的扩散、地幔对流、大气环流等现实生活中的现象有着良好的揭示作用，其次丰富发展了物理学、经典力学和流体力学等基础学科的研究并促进了非线性领域问题的研究。
　　本文以装满水和酒精的二成分混合液体二维窄长（长高比Γ=40）矩形腔体为研究对象，运用控制体积法对计算区域进行了离散化，尔后采用SIMPLE算法对流体力学基本方程组进行了数值计算。在分离比Ψ分别为-0.6、-0.4、-0.2三种工况下，不断调节相对瑞利数r值大小得到了七种不同的行波，包括单侧局部行波、双侧局部行波、标准对传行波、具有双侧间歇性缺陷且摆动的对传行波、具有单侧间歇性缺陷且摆动的对传行波、摆动行波和定常行波。详细阐述了上述七种行波的产生机理和时空特性，尔后对各行波与相对瑞利数r和分离比Ψ的相关性进行了论述，因此为Rayleigh-Benard热对流的进一步研究奠定了理论基础。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 Rayleigh-Benard热对流国内外研究现状

1．2．1 Rayleigh-Benard热对流国外研究现状

1．2．2 Rayleigh-Benard热对流国内研究现状

2 Rayleigh-Benard热对流研究方法及技术路线

2．1 试验方法

2．2 数值模拟方法

2．2．1 主要参数变量

2．2．2 数学物理模型

2．2．3 流体力学基本方程组

2．2．4 边界条件和初始条件

2．2．5 数值计算方法

3 单局部行波

3．1 LSLTW

3．1．1 LSLTW形成过程

3．1．2 LSLTW时空特性

3．2 RSLTW

3．2．1 RSLTW形成过程

3．2．2 RSLTW时空特性

3．3 SLTW

3．3．1 SLTW形成过程

3．3．2 SLTW时空特性

3．4 相对瑞利数r对SLTW的影响

3．4．1 分离比Ψ=-0．4时SLTW

3．4．2 分离比Ψ=-0．6时SLTW

3．4．3 分离比Ψ=-0．2时SLTW

3．5 分离比对ΨSLTW的影响

3．6 本章小结

4 双局部行波

4．1 DLTW形成过程

4．2 DLTW时空特性

4．2．1 由双侧对流滚动区和中间无对流传导区组成

4．2．2 传播方向由腔体两端向腔体中部相向进行

4．2．3 特征物理量稳定

4．2．4 温度分布、浓度分布和垂直流速场振幅依次降低

4．3 相对瑞利数r对DLTW的影响

4．3．1 特征物理量稳定时间、最终稳定值与相对瑞利数r相关性

4．3．2 对流区宽度与相对瑞利数r相关性

4．4 本章小结

5 对传行渡

5．1 CPW类型简介

5．2 BDCPW

5．2．1 BDCPW形成过程

5．2．2 BDCPW时空特性

5．2．3 相对瑞利数r对BDCPW的影响

5．3 TCPW

5．3．1 TCPW形成过程

5．3．2 TCPW时空特性

5．3．3 相对瑞利数r对TCPW的影响

5．4 UDCPW

S．4．1 UDCPW形成过程

5．4．2 UDCPW时空特性

5．4．3 相对瑞利数r对UDCPW的影响

5．5 本章小结

6 摆动行波

6．1 UTW形成过程

6．2 UTW时空特性

6．2．1 传播方向不固定

6．2．2 各特征物理量随时间变化

6．3 相对瑞利数r对UTW的影响

6．3．1 分离比Ψ=-0．6时UTW

6．3．2 分离比Ψ=-0．4时UTW

6．3．3 分离比Ψ=-0．2时UTW

6．4 分离比Ψ对UTW的影响

6．4．1 特征物理量与分离比Ψ相关性

6．4．2 摆动周期、摆动振幅与分离比Ψ相关性

6．5 本章小结

7 定常行波

7．1 SOC形成过程

7．2 SOC时空特性

7．2．1 行波为时间和空间的定常函数

7．2．2 各特征物理量随时间变化

7．3 相对瑞利数r对SOC的影响

7．3．1 分离比Ψ=-0．6时SOC

7．3．2 分离比Ψ=-0．4时SOC

7．3．3 分离比Ψ=-0．2时SOC

7．4 分离比杪对SOC的影响

7．5 本章小结

8 总结与展望

8．1 总结

8．1．1 SLTW

8．1．2 DLTW

8．1．3 CPW

8．1．4 UTW

8．1．5 SOC

8．2 展望

致谢

参考文献

附录

一、硕士期间发表的论文

二、硕士期间参与的科研项目

三、硕士期间获奖及任职情况