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二维方腔热对流羽流流动特性及平均场传热特性

宁浩  包芸  
【摘要】:进行了二维Rayleigh-B e nard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,具有较好的计算稳定性。针对P_r=4.3,计算了8个Ra数(2×10~5≤Ra≤2×10~9)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(2×10~5≤Ra≤2×10~6),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;Ra数变大时(2×10~5≤Ra≤2×10~9),羽流流动形成稳定角涡,方腔中部形成稳定的大尺度中心涡。计算了各个Ra数迭代100万次的平均场温度边界层厚度,并得到了温度边界层厚度d与Ra数具有对数律关系。计算了各个Ra数平均场的Nu数,讨论了传热效率特性Nu数与Ra数之间的变化关系。

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