×

空腔中的混合斜压对流。 (英语) Zbl 1460.76721号

摘要:我们研究了近半圆柱形空腔中出现的对流模式,该空腔的上边界为热流体,底部为冷的多孔半圆形边界,并在第三方向无限延伸。虽然这种结构与更为复杂的连铸工艺有关,但我们重点关注与特定形式的混合对流相关的流型。进行了线性稳定性分析(LSA)和直接数值模拟(DNS),利用谱元方法识别可观测状态。通过Stuart-Landau完整性分析确定分支的性质。基流由两个反向旋转的辊组成,这两个辊由弯曲的等温边界引起的斜压不平衡驱动。然而,这些都受到通流的抑制,一旦基于通流的雷诺数(Re)超过25,通流就会产生稳定影响。对于足够高的瑞利数,此基流在三种不同模式下线性不稳定,具体取决于\(Re\)。对于(Re\leqsleat 75),滚转通过超临界分岔变成行波而不稳定。对于(100\leqsland Re\leqsplant 110),亚临界分岔导致静态振荡模式,而对于(Re\geqsland 150),不稳定模式是非振荡的,并由超临界分岔发展而来。DNS确认,在所有情况下,LSA返回的主模式都与完全非线性动力学产生的流模式的拓扑和演化精确匹配。

MSC公司:

76R05型 强迫对流
76D25型 尾迹和喷流
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Albarède,P.&Provansal,M.1995准周期圆柱尾迹和Ginzburg-Landau模型。《流体力学杂志》291191-222·Zbl 0850.76152号
[2] Aujogue,K.,Pothérat,A.&Sreenivasan,B.2015低Ekman数平面层磁对流的开始。物理。流体27(10),106602·Zbl 1326.76109号
[3] Barkley,D.、Blackburn,H.M.和Sherwin,S.J.2008时间步长的直接最优增长分析。国际期刊数字。方法。流感57(9),1435-1458·Zbl 1144.76044号
[4] Barkley,D.、Gomes,M.G.M.和Henderson,R.D.2002倒退台阶上流动的三维不稳定性。《流体力学杂志》473167-190·Zbl 1026.76019号
[5] Barkley,D.&Henderson,R.D.1996圆柱尾迹的三维Floquet稳定性分析。《流体力学杂志》322,215-241·Zbl 0882.76028号
[6] Blackburn,H.M.和Sherwin,S.J.2004圆柱几何中三维不可压缩流动的Galerkin谱元-Fourier方法公式。J.计算。物理1997(2),759-778·Zbl 1106.76418号
[7] Briggs,D.G.&Jones,D.N.1985长宽比为1的矩形封闭体内的二维周期性自然对流。事务处理。ASME J.传热107(4),850-854。
[8] Cantwell,C.D.,Moxey,D.,Comerford,A.,Bolis,A.,Rocco,G.,Mengaldo,G,Grazia,D.D.,Yakovlev,S.,Lombard,J.E.,Ekelschot,D.等人。2015Nektar++:开源光谱/hp元素框架。计算。物理。192205-219号公社·Zbl 1380.65465号
[9] Canuto,C.、Hussaini,M.Y.、Quarteroni,A.和Zhang,T.A.1988流体湍流中的光谱方法。斯普林格·Zbl 0658.76001号
[10] Carmo,B.S.、Sherwin,S.J.、Bearman,P.W.和Willden,R.H.J.2008交错排列的两个圆柱周围流动中的尾迹转变。《流体力学杂志》597,1-29·Zbl 1133.76018号
[11] Chandrasekhar,S.1968流体动力学和磁稳定性。克拉伦登。
[12] Clever,R.M.&Busse,F.H.1974向依赖时间的对流过渡。《流体力学杂志》65(4),625-645·Zbl 0291.76019号
[13] Clune,T.&Knobloch,E.1993实验边界条件下旋转对流的模式选择。物理。修订版E47(4),2536-2540。
[14] Dorward,R.C.、Beertsen,D.J.和Brwon,K.R.1996直流铸造Al-Zn-Mg-Cu合金锭中的带状偏析图案及其对板材性能的影响。铝72(4),251-259。
[15] Dušek,J.,Le Gal,P.&Fraunié,P.1994A圆柱尾迹中第一次Hopf分岔的数值和理论研究。《流体力学杂志》264、59-80·Zbl 0813.76021号
[16] Flood,S.C.&Davidson,P.A.1994铝直接冷却铸锭中的自然对流。马特。科学。Technol.10(8),741-752。
[17] Fujimura,K.&Kelly,R.E.1993斜缝中的混合模式对流。《流体力学杂志》246、545-568·Zbl 0787.76022号
[18] Fujimura,K.&Kelly,R.E.1995不稳定分层平面Poiseuille流中纵向对流辊与横波之间的相互作用。物理。流体7(1),68-79·Zbl 0832.76023号
[19] Gage,K.S.和Reid,W.H.1968热分层平面Poiseuille流的稳定性。《流体力学杂志》33(1),21-32·Zbl 0155.55702号
[20] Geuzaine,C.&Remacle,J.-F.2009Gmsh参考手册。Gmsh:一个带有内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器。国际期刊数字。方法。工程79(11),1309-1331·Zbl 1176.74181号
[21] Guervilly,C.&Cardin,P.2016使用准营养模型的旋转球体中液态金属的亚临界对流。《流体力学杂志》808,61-89·Zbl 1383.76546号
[22] Hart,J.E.1971差热倾斜箱中流动的稳定性。《流体力学杂志》47(3),547-576。
[23] Hart,J.E.1979有限振幅斜压不稳定性。每年。《流体力学评论》11(1),147-172。
[24] Henderson,R.D.&Barkley,D.1996圆柱尾迹的二次不稳定性。物理。流体8(6),1683-1685·Zbl 1087.76041号
[25] Jaluria,Y.1980自然对流传热和传质。佩加蒙。
[26] James,I.N.1987水平剪切流中斜压不稳定性的抑制。J.大气。科学44(24),3710-3720。
[27] Karniadakis,G.和Sherwin,S.J.1999CFD的光谱/hp元素方法。牛津大学出版社·Zbl 0954.76001号
[28] Karniadakis,G.E.,Israel,M.&Orszag,S.A.1991不可压缩Navier-Stokes方程的高阶分裂方法。J.计算。《物理学》97(2),414-443·Zbl 0738.76050号
[29] Kelly,R.E.1994充分发展的剪切流中热对流的开始和发展。高级申请。机械31,35-112·Zbl 0808.76032号
[30] Korpela,S.A.194A关于Prandtl数对倾斜槽内自然对流传导机制稳定性影响的研究。《国际热质传递杂志》17(2),215-222。
[31] Kuznetsov,A.V.1997薄带连铸过程中的双扩散对流。1997年5月26日至30日,土耳其切斯梅,《CHT’97——计算传热进展》,国际研讨会论文集。贝格尔庄园。
[32] Landau,L.D.1944关于湍流问题。C.R.学院。科学。UESS44311·Zbl 0063.03437号
[33] Landau,L.D.&Lifsitz,E.M.1987流体力学。佩加蒙。
[34] Mao,X.和Blackburn,H.M.2014方形柱体稳定尾迹和分离气泡中主要不稳定模式的结构。物理。流体26(7),074103。
[35] Nakagawa,Y.1957从下方加热的汞层在磁场和旋转同时作用下的不稳定性实验。程序。R.Soc.伦敦。A242(1228),81-88。
[36] Nicolas,X.、Luijkx,J.-M.和Platten,J.-K.2000从下方加热的有限横向延伸水平矩形通道中混合对流流动的线性稳定性。《国际热质传递杂志》43(4),589-610·Zbl 1052.76514号
[37] Papanicolaou,E.&Jaluria,Y.1992方腔内混合对流向周期状态的过渡。《流体力学杂志》239、489-509。
[38] Pierrehumbert,R.T.和Swanson,K.L.1995暖流不稳定性。每年。《流体力学评论》27(1),419-467。
[39] Pitz,D.B.,Marxen,O.&Chew,J.W.2017旋转腔内离心浮力引起的对流开始。《流体力学杂志》826484-502·Zbl 1430.76481号
[40] Pothérat,A.&Zhang,L.2018三维急弯中的Dean流和旋涡脱落。
[41] Pringle,C.C.T.、Willis,A.P.和Kerswell,R.R.2012剪切流湍流的最小种子:使用非线性瞬态增长接触混沌边缘。《流体力学杂志》702,415-443·Zbl 1248.76075号
[42] Provansal,M.,Mathis,C.&Boyer,L.1987Bénard von Kármán不稳定:过渡和强迫政权。《流体力学杂志》182,1-22·Zbl 0641.76046号
[43] Sapardi,A.M.,Hussam,W.K.,Pothérat,A.&Sheard,G.J.2017 180°急弯周围受限流的线性稳定性。《流体力学杂志》822,813-847·Zbl 1383.76141号
[44] Schmid,P.J.和Henningson,D.S.2001剪切流中的稳定性和过渡。斯普林格·Zbl 0966.76003号
[45] Schumm,M.,Berger,E.&Monkewitz,P.A.1994二维钝体尾迹的自激振荡及其控制。《流体力学杂志》271、17-53。
[46] Sheard,G.J.、Thompson,M.C.和Hourigan,K.2004《从球体到圆柱:流经环的流体中的非轴对称转变》。《流体力学杂志》506、45-78·Zbl 1073.76041号
[47] Sheng,D.Y.&Jonsson,L.2000连铸中间包非等温水模型中混合对流流型的双流体模拟。金属。马特。事务处理。B31(4),867-875。
[48] Shome,B.&Jensen,M.K.1995等温水平圆形管道中液体的混合对流层流和传热。Intl J.Heat Mass Transfer38(11),1945-1956年·Zbl 0923.76298号
[49] Stuart,J.T.1958关于水动力稳定性的非线性力学。《流体力学杂志》4(1),1-21·Zbl 0081.41001号
[50] Stuart,J.T.1960关于平行流扰动的非线性力学,第1部分。平面Poiseuille流的基本行为。《流体力学杂志》9,353-370·Zbl 0096.21102号
[51] Thomas,B.G.和Zhang,L.2001连铸中流体流动的数学建模。ISIJ国际41(10),1181-1193。
[52] Thomas,L.,Pesch,W.&Ahlers,G.1998Rayleigh-Bénard在同向排列向列相液晶中的对流。物理。版本E58(5),5885-5897。
[53] Thompson,M.C.&Le Gal,P.2004重新审视了应用于尾流转变的Stuart-Landau模型。欧洲机械工程师协会。(B/液体)23(1),219-228·Zbl 1106.76351号
[54] Tritton,D.J.1988物理流体动力学。克拉伦登·Zbl 0383.76001号
[55] Tuckerman,L.S.和Barkley,D.2000时间步进器的分叉分析。《分岔问题和大尺度动力系统的数值方法》,第453-466页。斯普林格·Zbl 0961.35015号
[56] Vallis,G.K.2006大气和海洋流体动力学。剑桥大学出版社·Zbl 1374.86002号
[57] Virtanen,P.、Gommers,R.、Oliphant,T.E.、Haberland,M.、Reddy,T.、Cournapeau,D.、Burovski,E.、Peterson,P.,Weckesser,W.、Bright,J.等人2019年SciPy 1.0——Python科学计算的基本算法。
[58] Vo,T.,Pothérat,A.&Sheard,G.J.2017横向磁场下从下方加热的水平、层流充分发展的准二维液态金属管道流的线性稳定性。物理。流体版本2(3),033902。
[59] Vos,P.E.J.,Eskilsson,C.,Bolis,A.,Chun,S.,Kirby,R.M.&Sherwin,S.J.2011时间步进偏微分方程(PDEs)的通用框架:一般线性方法,面向对象的实现和流体问题的应用。国际计算杂志。流体动力学25(3),107-125·Zbl 1271.76221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。