带有附着于平板的气泡的湍流瑞利-贝纳尔对流

我们数值研究了带有附着于热平板的气泡的湍流瑞利-贝纳尔对流，模拟了电解、催化或沸腾中的一个核心特征。平板上气泡的存在由于气体远低于液体的热导率而降低了全局传热，并改变了边界层的结构。数值模拟在普朗特数Pr=4.38（水）和瑞利数$10^7\le Ra \le10^8$下于三维中进行。为简单起见，我们假设气泡大小相等且具有钉扎接触线。我们改变总气体覆盖面积分数$0.18 \le S_0 \le 0.62$、相对气泡高度$0.02\le h/H \le0.05$（其中$H$为瑞利-贝纳尔腔的高度）、气泡数$40 \le n \le 144$及其空间分布。在所有情况下，都观察到非对称温度分布，我们基于每个水平截面上的热通量守恒对其进行了定量解释。我们进一步提出了使用等效单相设置来模拟带有附着气泡系统的想法。基于此等效性，我们可以计算传热。在不引入任何自由参数的情况下，对努塞尔数、上下热边界层厚度以及平均中心温度的预测与数值结果吻合良好。最后，我们的预测也适用于大得多的Pr（例如$400$）的情况，这表明我们的结果也可应用于预测带有附着于电极表面的气泡的水电解或催化中的质量传递。