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准二维湍流对流中的羽流动力学。 (英语) Zbl 0962.76536号

小结:我们通过实验、模拟和分析,研究了垂直薄(Hele-Shaw)单元中非常高瑞利数(高达对流起始值的7倍10^4倍)下的湍流对流。实验上,对流是由等温池中施加的浓度梯度驱动的。模型方程在二维中处理场,而降维通过线性壁摩擦施加影响。这些方程的线性稳定性分析表明,当单元厚度趋于零时,对流开始的临界瑞利数和波数并不取决于顶部和底部边界的速度条件(即无滑移或无应力)。然而,在有限单元厚度下,不同边界条件下的解表现不同。我们对这两种边界条件的模型方程进行了数值模拟。实验和模拟的全浓度场的时间序列显示出大量的溶解羽流,这些羽流产生于薄浓度边界层中,合并形成垂直通道,有时通过Rayleigh-Taylor不稳定性在其尖端分裂。浓度场的功率谱揭示了斜率依赖于瑞利数的缩放区域。我们用瑞利数(Ra^*)检验了模拟中无量纲热流密度(Nusselt数,Nu)和均方根垂直速度(Péclet数,Pe)的标度。无滑移和无应力的解决方案都显示出缩放(NuRa^*sim Pe^2),这是我们从涉及内部动力学的简单论点发展而来的,远离细胞边界。此外,对于无应力解,第二个关系式\(Nu\sim\sqrt{nPe}\)由水平边界处发生的驻点流决定\(n\)是每单位长度的羽状物数量。无滑移解没有表现出边界流的这种组织,结果似乎与普里斯特利对(Nu\sim-Ra^{1/3})的预测一致。

MSC公司:

76F35型 对流湍流
76E06型 水动力稳定性中的对流
76-05 流体力学相关问题的实验工作
76年 强迫对流
80A20型 传热传质、热流(MSC2010)
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全文: 内政部

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