×

方形Rayleigh-Bénard细胞大规模结构的停止和逆转。 (英语) Zbl 1430.76299号

小结:我们考虑二维方形格子内湍流Rayleigh-Bénard对流的直接数值模拟。对于瑞利数(Ra=10^6)到(Ra=5乘以10^8)以及普朗特尔数(Pr=3)和(Pr=4.3),间歇性地观察到两种类型的流态:连续流动逆转(CR)和扩展割让(EC)。对于每种情况,我们将适当的正交分解(POD)和长期数据的统计工具相结合,以表征大型结构的动力学。对于CR区,中心对称模式占主导地位,并显示出相干动力学,而非中心对称模式则随机波动。对于EC模式,所有POD模式都遵循泊松统计,非中心对称模式占主导地位。为了进一步探讨CR和EC体制之间的差异,提出了基于POD相空间簇划分的分析方法。这种数据驱动的方法证实了如[A.卡斯蒂略-卡斯特利亚诺等,同上,808,614-640(2016;Zbl 1383.76433号)]. 然而,这些机制可能在POD相空间中采用多条路径中的一条。在EC区内,这种方法揭示了两种类型的相干时间序列(弱反转和实际割让)和更罕见的强烈羽流交叉。最后,我们分析了在瑞利数到湍流的一个范围内,动力状态与POD能量含量以及在每个簇中的停留时间之间的关系。

MSC公司:

76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76F35型 对流湍流
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Antonia,R.A.1981湍流测量中的条件采样。每年。流体力学修订版13(1),131-156.10.1146/anurev.fl.13.010181.001023
[2] Arthur,D.&Vassilvitskii,S.2007k-means++:细心播种的优点。第十八届ACM-SIAM离散算法年会论文集,第1027-1035页。工业和应用数学学会·Zbl 1302.68273号
[3] Bai,K.,Ji,D.&Brown,E.2016低维模型预测湍流中大规模相干结构几何相关动力学的能力。物理学。修订版E93(2),023117。
[4] Bailon-Couba,J.,Emran,M.S.&Schumacher,J.2010湍流对流中传热和大规模流动的纵横比依赖性。《流体力学杂志》655152-173.1017/S0022112010000820·Zbl 1197.76062号
[5] Bell,J.B.,Colella,P.&Glaz,H.M.1989不可压缩Navier-Stokes方程的二阶投影方法。J.计算。物理283,257-283.10.1016/0021-9991(89)90151-4·Zbl 0681.76030号
[6] Brown,E.&Ahlers,G.2006湍流Rayleigh-Bénard对流中大尺度环流的旋转和消融。J.流体机械568,351-386.10.1017/S0022112006002540·Zbl 1104.76006号
[7] Brown,E.,Nikolaenko,A.和Ahlers,G.2005湍流Rayleigh-Bénard对流中大尺度环流的重新定向。物理学。版次:Lett.95,084503.10.1103/PhysRevLett.95.084503·Zbl 1187.76069号
[8] Castillo-Castellanos,A.,Sergent,A.&Rossi,M.,2016方Rayleigh-Bénard细胞在湍流状态下的反转循环。《流体力学杂志》808,614-640.10.1017/jfm.2016.647·Zbl 1383.76433号
[9] Chandra,M.&Verma,M.K.2011湍流对流中流动逆转的动力学和对称性。物理学。修订版E83(6),067303。
[10] Chandra,M.&Verma,M.K.2013通过涡旋重联在湍流对流中的流动逆转。物理学。修订稿110(11),114503.10103/物理修订稿110.114503
[11] Das,A.、Ghosal,U.和Kumar,K.2000非对称正方形作为Rayleigh-Bénard对流中的驻波。物理学。修订版E62(3),R3051。
[12] Faranda,D.、Podvin,B.和Sergent,A.2019关于二维湍流Rayleigh-Bénard对流的逆转:嵌入理论的见解以及与适当正交分解分析的比较。混沌29033110.10.1063/1.5081031
[13] Fauve,S.、Herault,J.、Michel,G.&Pétrélis,F.2017湍流背景下的不稳定性。《美国法律总汇》第6卷第064001页·Zbl 1456.76001号
[14] Foroozani,N.,Niemela,J.J.,Armenio,V.&Sreenivasan,K.R.2017立方体湍流对流中大规模流动的重新定向。物理学。修订版E95(3),033107。
[15] Giannakis,D.,Kolchinskaya,A.,Krasnov,D.&Schumacher,J.2018Koopman对湍流对流池长期演变的分析。《流体力学杂志》847,735-767.10.1017/jfm.2018.297·Zbl 1404.76116号
[16] Grossmann,S.&Lohse,D.2003关于Rayleigh-Bénard对流中的几何效应。《流体力学杂志》486105-114.10.1017/S0022112003004270·Zbl 1052.76064号
[17] Holmes,P.,Lumley,J.L.,Berkooz,G.&Rowley,C.W.2012湍流,相干结构,动力系统和对称,第2版。剑桥大学出版社.10.1017/CBO9780511919701·Zbl 1251.76001号
[18] Horn,S.和Schmid,P.J.2017旋转Rayleigh-Bénard对流中的进展、逆行和振荡模式。《流体力学杂志》831,182-211.10.1017/jfm.2017.631·Zbl 1421.76207号
[19] Hughes,G.O.,Gayen,B.&Griffiths,R.W.2013 Rayleigh-Bénard对流中的可用势能。《流体力学杂志》729,R3.10.1017/jfm.2013.353·Zbl 1291.76294号
[20] Hussain,A.K.M.F.1986相干结构和湍流。J.流体机械173、303-356.10.1017/S0022112086001192
[21] Jain,A.K.2010数据聚类:超越K-means 50年。模式识别信函31(8),651-666.10.1016/j.patrec.2009.09.011
[22] Kadanoff,L.P.2001湍流热流:结构和结垢。物理学。今天54(8),34-39.10.1063/1.1404847
[23] Kaiser,E.、Noack,B.R.、Cordier,L.、Spohn,A.、Segond,M.、Abel,M.,Daviller,G.、Østh,J.、Krajnovi,S.和Niven,R.K.2014混合层的基于簇的降阶建模。《流体力学杂志》754,365-414.10.1017/jfm.2014.355·Zbl 1329.76177号
[24] Lhuillier,F.、Hulot,G.和Gallet,Y.2013数值发电机中反转和时间的统计特性以及对地球发电机的影响。物理学。地球行星。2016年10月19日至36日国际220/j.pepi.2013.04.005
[25] Lumley,J.L.1967非均匀湍流的结构。《大气湍流和无线电波传播》(编辑A.M.Yaglom和V.I.Tatarski),第166-178页。瑙卡。
[26] McFadden,P.L.&Merrill,R.T.1986古地磁数据对地球发电机能源的限制。物理学。地球行星。国际43(1),2016年10月22日至33日/0031-9201(86)90118-4
[27] Merrill,R.、McElhinny,M.和McFadden,P.1998年第五章地球磁场的反转。《地球磁场:古地磁、地核和深地幔》,《国际地球物理学》,第63卷,第163-215页。学术出版社。
[28] Molenaar,D.,Clercx,H.J.H.&Van Heijst,G.J.F.2004方形无滑移区域中受迫二维湍流的角动量。物理D196,329-340.10.1016/j.physd.2004.06.001·兹比尔1098.76546
[29] Ni,R.,Huang,S.-D.和Xia,K.-Q.2015准二维Rayleigh-Bénard对流中大尺度环流的逆转。《流体力学杂志》778,R5.10.1017/jfm.2015.433·Zbl 1382.76235号
[30] Niemela,J.J.、Skrbek,L.、Sreenivasan,K.R.和Donnelly,R.J.2001限制热对流中的风。《流体力学杂志》449169-178.10017/S0022112001006310·Zbl 0988.76502号
[31] Okabe,A.,Boots,B.,Sugihara,K.&Chiu,S.N.2009空间细分:Voronoi图的概念和应用,第501卷。约翰·威利父子公司·Zbl 0946.68144号
[32] Pedregosa,F.、Varoqueux,G.、Gramfort,A.、Michel,V.、Thirion,B.、Grisel,O.、Blondel,M.、Prettenhofer,P.、Weiss,R.、Dubourg,V.2011Scikit-learn:Python中的机器学习。J.马赫。学习。第12号决议,2825-2830·Zbl 1280.68189号
[33] Petschel,K.、Wilczek,M.、Breuer,M.,Friedrich,R.和Hansen,U.2011强Rayleigh-Bénard对流中全球风动力学的统计分析。物理学。修订版E84(2),026309。
[34] Podvin,B.和Sergent,A.2015对方形Rayleigh-Bénard细胞中风逆转的大规模研究。《流体力学杂志》766172-201.1017/jfm.2015.15
[35] Podvin,B.和Sergent,A.2017方形Rayleigh-Bénard单元中风向反转的前兆。物理学。修订版E95(1),013112。
[36] van der Poel,E.P.,Stevens,R.J.A.M.&Lohse,D.2011湍流Rayleigh-Bénard对流中的连接流动结构和热流密度。物理学。修订版E84(4),045303。
[37] Popinet,S.2003Gerris:复杂几何中不可压缩欧拉方程的基于树的自适应求解器。J.计算。物理学190(2),572-6000.10.1016/S0021-9991(03)00298-5·Zbl 1076.76002号
[38] Popinet,S.2009表面张力驱动界面流动的精确自适应解算器。J.计算。《物理学》228(16),5838-5866.10.1016/j.jcp.2009.04.042·兹比尔1280.76020
[39] Popinet,S.2015Serre-Green-Naghdi方程的四叉树自适应多重网格解算器。J.计算。物理302,336-358.10.1016/j.jcp.2015.09.009·Zbl 1349.76377号
[40] Schmid,P.J.2010数值和实验数据的动态模式分解。J.流体力学656,5-28.10.1017/S0022112010001217·Zbl 1197.76091号
[41] Shraiman,B.I.和Siggia,E.D.1990高Rayleigh数对流中的热传输。物理学。修订版A42(6),3650-3653.10103/物理修订版A.42.3650
[42] Sirovich,L.1987湍流与相干结构动力学第一部分:相干结构。问:申请。数学45(3),561-5710.1090/qam/910462·Zbl 0676.76047号
[43] Sreenivasan,K.R.、Bershadskii,A.和Niemela,J.J.2002平均风及其在热对流中的逆转。物理学。修订版E65(5),056306。
[44] Sugiyama,K.,Ni,R.,Stevens,R.J.A.M.,Chan,T.S.,Zhou,S.-Q.,Xi,H.-D.,Sun,C.,Grossmann,S.,Xia,K.-Q.&Lohse,D.2010热驱动湍流中的逆流。物理学。修订稿105(3),034503.10.1103/物理修订稿105.034503
[45] Valet,J.-P.,Fournier,A.,Courtillot,V.&Herrero-Bervera,E.2012地磁反转的动力学相似性。自然490(7418),89-93.10.1038/自然11491
[46] Van Heijst,G.J.F.,Clercx,H.J.H.&Molenaar,D.2006固体边界对受限二维湍流的影响。J.流体机械554,411-4310.1017/S002211200600886X·Zbl 1091.76028号
[47] Vasilev,A.Y.&Frick,P.G.2011矩形腔内湍流对流中大尺度环流的逆转。JETP Lett.93(6),330-334.10.1134/S0021364011060117
[48] Wicht,J.、Stellmach,S.和Harder,H.2009地球发电机的数值模型:从基本笛卡尔模型到场反转的三维模拟。第107-158页。斯普林格。
[49] Winters,K.B.,Lombard,P.N.,Riley,J.J.&D’Asaro,E.A.1995密度分层流体中的可用势能和混合。J.流体机械289,115-128.10.1017/S002211209500125X·Zbl 0858.76095号
[50] Xi,H.-D.和Xia,K.-Q.2007湍流热对流中大尺度环流的停止和逆转。物理学。修订版E75(6),066307。
[51] Xi,H.-D&Xia,K.-Q.2008湍流热对流中大尺度环流的方位运动、重新定向、停止和逆转:纵横比1.5几何结构的比较研究。物理学。修订版E78(3),036326。
[52] Xi,H.-D.和Xia,K.-Q.2008b湍流热对流中的流动模式转换。物理学。流体20(5),055104.10.1063/1.2920444·Zbl 1182.76833号
[53] Xi,H.-D.,Zhou,Q.和Xia,K.-Q.2006湍流热对流中平均风的方位运动。物理学。修订版E73(5),056312。
[54] Zhang,X.和Zikanov,O.2015聚变反应堆液态金属覆盖层环形管道中的二维湍流对流。《流体力学杂志》779,36-52.10.1017/jfm.2015.421·Zbl 1360.76100号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。