Rayleigh-Bénard 对流中的风与边界层。I：分析与建模
流体动力学
2009-09-29 v3
摘要
本文旨在增进对控制 Rayleigh-Bénard 对流风幅值过程的理解并对其进行建模。我们分析了直接数值模拟 (DNS) 的结果，模拟区域长高比 L/H = 4，具有周期性侧壁，Ra = 1e5, 1e6, 1e7, 1e8，Pr = 1，方法是将独立实现分解为风和涨落。研究表明，在热边界层深处，由于风与平均温度场之间的相互作用，水平热通量超过平均垂直热通量达 3 倍。这些巨大的水平热通量导致了空间温度差异，进而通过产生压力梯度驱动风。壁面通量和主体中的湍流混合提供了阻尼作用。利用 DNS 结果对未封闭项进行参数化，推导出了一个捕捉控制风结构基本过程的简单模型。该模型由关于风速和温度幅值的两个耦合微分方程组成。方程表明，由于风与温度场相互作用产生的正反馈，风结构的形成是不可避免的。此外，风速主要由主体中的湍流决定，而非壁面剪切应力。该模型重现了风雷诺数和温度幅值对 Ra 的依赖关系。
引用
@article{arxiv.0709.0304,
title = {Wind and boundary layers in Rayleigh-Benard convection. I: analysis and modeling},
author = {Maarten van Reeuwijk and Harm J. J. Jonker and Kemo Hanjalic},
journal= {arXiv preprint arXiv:0709.0304},
year = {2009}
}