侧加热腔体内重力波演化过程的数值模拟

摘要

通过回顾国际上有关侧加热腔体内自然对流的最新研究进展,本论文的研究聚焦在侧加热腔体内重力波的发展演化过程。基于已发表的实验结果,通过合理的简化得到了该流动的基本控制方程以及初边值条件。采用SIMPLE算法模拟了突然侧加热腔体内的自然对流流动,详细描述了水平入侵流动的演化过程,以及由此引起的腔体尺度的振荡,并讨论了重力波形成的动力学机制。
　　本文的数值模拟结果表明,对于一个突然侧加热的腔体,水平入侵流会出现清楚的流动分离、尾迹波及锋面涡,且锋面涡可水平移动到冷壁并最终耗散。由于热入侵流在冷上角的堆积,当浮力克服入侵流的惯性效应时,一个反向的流动会出现,进而在冷壁附近产生一个顺时针涡。顺时针涡可移回热壁,形成与热入侵流相反的流动,并最终发展为腔体尺度的振荡。这种振荡是侧加热腔体内自然对流中典型的内重力波,它直接影响垂直边界层流动和腔体中心区流体的分层,即,该振荡可驱动尾迹波更靠近热壁,并进而引起垂直热边界层的不稳定以及改变其流动特性和结构,而且,热入侵流可被振荡流分成两部分,因此加速了腔体中心区流体的分层。总之,重力波是侧加热腔体内自然对流演化过程中重要的物理特征和瞬态动力过程。

目录

摘要

Abstract

目录

符号说明

第一章 引言

1.1 问题描述

1.2 研究成果和现状

1.3 本文研究内容

第二章 物理模型与控制方程

2.1 流动模型

2.2 控制方程

2.3 初边值条件

第三章 控制方程的离散

3.1 一般输运方程的离散方法

3.1.1 有限体积法

3.1.2 空间离散格式

3.1.3 时间积分方案

3.1.4 离散的输运方程

3.2 交错网格上的控制方程离散

3.2.1 交错网格

3.2.2 离散的动量方程

3.2.3 离散的能量方程

3.3 小结

第四章 流场的数值求解

4.1 数值求解方案

4.1.1 速度修正方程

4.1.2 压力修正方程

4.1.3 初边值条件和收敛判据

4.1.4 计算流程图

4.2 网格和时间步长

4.2.1 网格生成

4.2.2 网格依赖性测试

4.2.3 时间步长测试

4.3 小结

第五章 数值模拟结果及分析

5.1 与实验结果对比

5.2 数值模拟结果及分析

5.2.1 入侵流的早期演化

5.2.2 重力波的形成

5.3 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录