湍流热对流近底板流态与温度边界层特性

摘要：

本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔和三维扁方腔的Rayleigh-Bénard热对流.针对平均场计算结果,选取Ra=109,1010,5×1010,讨论了二维方腔和展向平均三维扁方腔热对流流动特性.发现二维方腔和三维扁方腔流动中都存在大尺度环流和角涡,而且随着Ra数的增加,大尺度环流的形状变圆,角涡尺寸变小.在二维方腔流动中,大尺度环流呈椭圆形,有四个角涡,而展向平均三维扁方腔流动中,大尺度环流呈梭形,只有两个角涡.由于角涡特性的不同,二维方腔流动中羽流向上运动的范围比展向平均三维扁方腔流动更广,造成二维流动局部区域温度分布高温层厚度变大.温度边界层厚度λθ与Ra数之间存在标度关系,二维方腔和三维扁方腔热对流温度边界层变化的标度指数基本一致,标度关系的系数稍有不同.

关键词：Rayleigh-Bénard热对流、温度边界层、湍流、并行直接数值模拟

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资助基金：国家自然科学基金批准号:11372362,11452002、中央高校基本科研业务费批准号:14lgjc02和国家自然科学基金委员会-广东省人民政府联合基金第二期超级计算科学应用研究专项批准号:nsfc2015_570资助的课题.Project supported by the National Natural Science Foundation of China Grant Nos.11372362,11452002,the Fundamental Research Fund for the Central Universities,China Grant No.14lgjc02,and the Joint Funds of National Natural Science Foundation of China-Guangdong Provincial People's Government second phase Super Computational Science Application Research Grant No.nsfc2015_570.

在线出版日期：2016-12-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：149-156