黏性热对流中多个流态的实验测量（纵横比为 10）

我们报告了对黏性热对流中多个流态的实验调查，其在纵横比为 $\Gamma = 10$ 的矩形容器中进行，Rayleigh 数范围为 $5.4\times10^7 \le Ra \le 7.2\times10^9$，普朗特数范围为 $4.3 \le Pr \le 67.3$。平面粒子图像测速测量显示，流体在水平方向上排列成多个卷积卷，重复的相同参数（$Ra$ 和 $Pr$）的实验表明，卷的数量在 3 到 7 之间变化，其中 6 为最常见，这表明了多个流态的存在。当 $Pr$ 增加到 67.3 时，卷类结构的数量显著增加，表明从以卷为主的结构向以浮液为主的结构发生了结构转变。这种转变反映在全局动量传递中，$Pr \leq 18.3$ 时，鲁道斯数按 $Re \sim Ra^{0.58}Pr^{-0.97}$ 比例扩展，而当 $Pr$ 达到 67.3 时，比例改变为 $Re \sim Ra^{0.72}$。在单个卷内部，我们进一步检查基于水平和垂直速度分量的鲁道斯数 $Re_{u,\text{roll}}$ 和 $Re_{w,\text{roll}}$，发现前者随卷大小（以卷的纵横比 $\Gamma_\text{roll}$ 表示）而增大，而后者则减小，这是由于连续性约束导致的，其比值遵循 $Re_{w,\text{roll}}/Re_{u,\text{roll}} \sim \Gamma_\text{roll}^{-0.61}$。我们施加不同的初始流条件（卷结构），并通过受控扰动来演示初始条件可以影响最终的湍流状态。我们表明，水平堆叠卷的数量调节了全局传输，更多的卷会导致更大的垂直动量和热传递。