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高宽比为8的垂直方腔内的双扩散对流系统的直接数值模拟

乔桥  
【摘要】:本文利用高精度紧致格式来求解反映双扩散对流系统的N-S方程,其中,七阶迎风紧致格式离散非线性对流项,六阶对称紧致格式离散扩散项,三阶Runge-Kutta格式离散时间项,四阶对称紧致格式离散流函数泊松方程,使用超松弛迭代法进行数值求解.利用上述算法,文章对高宽比为8的固壁边界条件下腔体的双扩散对流系统进行了直接数值模拟,同时设置温度瑞利数为10~5,普朗特数为1,刘维尔数为2,温度浮力比变化范围为[0,2].通过计算模拟,能够很好的捕捉多尺度流场的细微变化,获知流场运动的真实物理过程.数值模拟结果主要包含两方面:(1)随着浮力比的增大,流场会经历一系列复杂的变化,稳定层流通过Hopf分岔变成了不稳定流体,随后出现了周期分叉流动,混沌等振荡运动.其中,周期性流动包含了两种流动:单频周期性,倍频周期流.而倍频周期流在某个特殊的阶段存在着具有次谐波和倍频的周期流,不仅有基频FF和倍频8)FF,还有少量被激发出来的次谐波.本文中,我们运用时间-速度变化图-,傅里叶光谱分析和相位差轨迹-来描述上述变化过程.(2)双扩散对流系统变化过程中出现了多种流场结构,包含有层流和周期对称结构的中心对称流场,不对称流场,多胞流结构流场.此外,我们还发现了一种特殊的变化结构:奇偶交换对称流.多种流场结构的出现则加速了双扩散对流系统中热和浓度的转移扩散.


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