二维矩形腔中的垂直对流模态：普朗特数与长宽比的依赖关系

Arman Khoubani; Ashwin Vishnu Mohanan; Pierre Augier; Jan-Bert Flór

二维矩形腔中的垂直对流模态：普朗特数与长宽比的依赖关系

流体动力学 2023-12-14 v2

作者: Arman Khoubani , Ashwin Vishnu Mohanan , Pierre Augier , Jan-Bert Flór

摘要

垂直对流是由矩形腔两个相对垂直边界的加热与冷却所诱发的流体运动（见例如 Wang 等 2021）。我们考虑在 O( $10^8$ ) 瑞利数下达到的稳态二维流动的线性稳定性。作为普朗特数 $Pr$ 与域的高宽比 $A$ 的函数，每种情形的基流被数值计算，并使用线性模拟获取主导线性不稳定模态的性质。流动模态取决于整个腔内环流的存在、热层从边界或角区脱离，以及振荡频率相对于稳定温度分层内部的自然振荡频率（决定内部波是否存在）。相应地，模态分别称为慢模态或快模态。全局环流或内部的内部波可能耦合顶部与底部浮力流，而它们的缺失意味着其扰动幅值的不对称。在 $0.1 \leq Pr \leq 4$ 与 $0.5 \leq A \leq 2$ 范围内发现了六种流动模态。对于 $Pr \lessapprox 0.4$ 且 $A>1$ ，基流由整个腔内的大环流驱动。对于 $Pr \gtrapprox 0.7$ ，热边界层较薄且不稳定由沿壁运动与脱离边界层驱动。这些模态间的过渡以在 $Pr = 0.55 \pm0.15$ 与 $A <2$ 处振荡频率的剧烈变化为标志。

关键词

垂直对流线性稳定性普朗特数长宽比流动模态内部波

引用

@article{arxiv.2304.12657,
  title  = {Vertical convection regimes in a two-dimensional rectangular cavity: Prandtl and aspect ratio dependance},
  author = {Arman Khoubani and Ashwin Vishnu Mohanan and Pierre Augier and Jan-Bert Flór},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2304.12657},
  year   = {2023}
}

备注

Accepted to the Journal for Fluid Mechanics

二维矩形腔中的垂直对流模态：普朗特数与长宽比的依赖关系

摘要

关键词

引用

备注

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