《具有密度極值流體Rayleigh-Bénard對流結構多樣性研究》是依託重慶大學，由李友榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具有密度極值流體Rayleigh-Bénard對流結構多樣性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李友榮
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
Rayleigh-Bénard（R-B）對流廣泛存在於日常生活及工業生產中，由於在這種簡單的物理系統中會孕育出及其複雜多變的流動結構，因此，R-B對流的非平衡熱動力學特徵一直是國際前沿研究熱點之一。相比於常規流體，具有密度極值流體的R-B對流的非平衡流動結構更加豐富、流型演化過程更加複雜，而這方面的研究還很不夠。本項目即以具有密度極值流體層的R-B對流為研究對象，採用實驗測量、數值模擬和理論分析相結合的方法，研究具有密度極值流體R-B對流的複雜特性，探索可能存在的流動結構，認知流型演變過程的物理機制，分析液層幾何特性、流體密度極值特性、Rayleigh數和Prandtl數等對流動結構及其演變過程的影響，獲取發生R-B對流的臨界條件、流動結構穩定性圖和流型分岔圖譜。研究內容對於發展複雜流動非平衡熱動力學理論、拓展R-B對流研究領域具有重要的科學意義和學術價值。
結題摘要
Rayleigh-Bénard（R-B）對流廣泛存在於日常生活及工業生產中，由於在這種簡單的物理系統中會孕育出及其複雜多變的流動結構，因此，R-B對流的非平衡熱動力學特徵一直是國際前沿研究熱點之一。相比常規流體，具有密度極值流體R-B對流的非平衡流動結構更加豐富、流型演化過程更加複雜。本項目以具有密度極值流體層的R-B對流為研究對象，採用實驗測量、數值模擬和理論分析相結合的方法，研究具有密度極值流體R-B對流的複雜特性，探索可能存在的流動結構，認知流型演變過程的物理機制，分析液層幾何特性、流體密度極值特性、Rayleigh（Ra）數等對流動結構及其演變過程的影響，獲取發生R-B對流的臨界條件、流動結構穩定性圖和流型分岔圖譜。結果表明，（1）具有密度極值流體R-B對流發生臨界Ra數比常規流體高，且臨界Ra數隨密度倒置參數的增大而增加。（2）流動發生後，隨著密度倒置參數的增加，流型數減少，流型之間的轉變變得簡單。流型不僅與Ra數和密度倒置參數有關，還取決於初始條件和流型的演變過程，同時流型轉變過程中存在滯後現象。（3）與常規流體相比，具有密度極值流體R-B對流中會出現一些新的流型。隨著Ra數的逐漸增大，各種穩態流型都會轉變為非穩態流動，然後轉變為混沌流，最終過渡到湍流。（4）對於具有密度極值流體的湍流R-B對流，隨著密度倒置參數的增大，冷羽流對大尺度環流的影響逐漸減弱，並最終消失，同時，主流區域溫度升高，滲透深度減小。隨著Ra數增大，依次觀察到了軟湍流和硬湍流兩種狀態，為此，建立了能夠覆蓋兩種狀態的Nusselt數和Ra數的指數關聯式，並且發現，平均Nusselt數隨密度倒置參數線性減小。本項目研究結果對於發展複雜流動非平衡熱動力學理論、拓展R-B對流研究領域具有重要的科學意義和學術價值。
