Rayleigh-Bénard穿透对流的传热与对流斑图的实验研究

摘要：

为研究Rayleigh-Bénard(RB)穿透对流系统的传热和对流斑图的流动特性,本实验采用径高比Γ≡D/L=1的圆柱形对流槽实验装置(D为对流槽直径,L为对流槽高度),以4 ℃左右的水为实验流体.水的密度在4.0℃时达到最大值,对流槽底板的温度为Tb(Tb＞Tt=4.0 ℃),顶板温度为Tt(0＜Tt≤4.0℃).本实验的主要控制参数为:Ra数(104＜Ra＜108),Pr数(10＜Pr＜ 13),密度反转参数θi(0≤θi≡(Ti-Tt)/(Tb-Tt)≤1).对流斑图的强度和方位角通过装置侧壁4个温度探头的测量来确定.固定Ra数,随着θi增大,对流槽上部分稳定层厚度增加,系统全局传热Nu数减小.固定θi,随着Ra数增大,系统全局传热Nu数增加,当Ra数大于临界瑞利数Ra*(Ra*=4×106),Nu数与Ra数的标度率关系为:Nu=cRa0.3,该标度率与GL理论相符.实验研究了一阶傅立叶能量占比E1/Etot和流动强度δ随Ra数的变化.结果 表明,在Ra数小于Ra*时,系统内形成稳定的环状对流斑图,该对流斑图可用傅立叶级数m=1表示.在Ra数大于Ra*时,系统处于湍流区间,对流斑图不再稳定.

关键词：穿透对流;热对流;对流斑图;传热

所属期刊栏目：42

分类号：O257.5

资助基金：国家自然科学基金青年项目11702196

在线出版日期：2021-10-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：458-469