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低雷诺数条件下压力驱动的粘弹性流体在流体——多孔介质系统内的热不稳定性分析

尹晨  
【摘要】:本文主要研究了受压力驱动下一类粘弹性流体在水平流体-多孔介质组成的复杂系统内的热对流稳定性问题。借助粘弹性流体的本构关系,本研究构建粘弹性流体受压力驱动的在流体-多孔介质系统内流动和传热的数学模型,借助线性稳定性分析的方法将该问题简化为一类特征值问题,并使用Chebyshev-tau QZ算法对该问题的特征值进行数值模拟,进而得到了不同情况下该问题的中性曲线和临界瑞利数。研究表明,不同于单一流动情况单模的中性曲线,流体和多孔介质构建的系统中的中性曲线呈现出双模的特性,即随着两层厚度比的变化,系统稳定性可能会由不同的流动层面来主导。压力驱动导致本问题中可能会出现横向模态和纵向模态两种对流现象,本文基于粘弹性流体的特点对两种现象进行了研究。研究发现不同于牛顿流体中总是纵向模态优先发生的结论,在粘弹性流体一定的物理条件和加热模式下横向模态可能会先于纵向模态发生。本文的研究成果可以完善粘弹性流体的理论,细化流体-多孔介质系统的力学模型,并为其在相关工业设计领域的应用提供一定的理论依据和数值结果。

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