《湍流熱對流中羽流結構的實驗研究》是依託上海大學，由周全擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：湍流熱對流中羽流結構的實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周全
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
對流現象廣泛存在於恆星和行星里，以及地球大氣、海洋、地核和地幔對流等眾多自然現象中，而Rayleigh-Bénard湍流熱對流系統則是從這些複雜的自然現象中抽象出來的研究對流問題的流體力學經典模型。湍流熱對流中羽流結構在系統傳熱﹑能量與動量的輸運及耗散過程中起著重要作用，但其機理尚未完全弄清。本項目套用粒子圖像測速系統(PIV)測量對流槽不同區域內的速度場，通過對比研究充滿羽流的浮力控制區域和不含羽流的對流槽中央區域內速度場統計特性的異同，研究羽流結構與湍流速度場之間相互作用的動力學機理；套用熱敏液晶流場顯示技術（TLC）研究羽流結構的形態演變過程及其幾何和熱力學性質隨對流槽幾何形狀（即對流槽的寬高比）和湍流度（即Rayleigh數）的變化規律，研究羽流結構在湍流傳熱過程中所起的作用。本項目的研究有助於深入理解湍流熱對流的物理本質和進一步的理論建模，也有利於湍流基本理論問題的探索。
結題摘要
對流現象廣泛存在於恆星和行星里，以及地球大氣、海洋、地核和地幔對流等眾多自然現象中，而Rayleigh-Benard湍流熱對流系統則是從這些複雜的自然現象中抽象出來的研究對流問題的經典流體力學模型。在本青年基金的資助下，我們以Rayleigh-Benard湍流熱對流系統為研究對象，在過去的3年裡開展了實驗和數值模擬方面的研究，主要關注熱對流系統的4個問題，即：邊界層、速度場的時空關聯函式、小尺度能量級串過程和湍流熱輸運。在邊界層方面，我們原創性地提出了邊界層的動態重構法，從而解決了該領域內的一個長期懸而未決的問題，即系統邊界層是否滿足層流邊界層假設；在速度場的時空關聯函式方面，我們直接實驗證明了湍流速度場的橢圓模型在熱對流系統中成立，從而為熱對流實驗的時空數據轉換提供了理論基礎；在小尺度能量級串過程方面，我們揭示了羽流等浮力擬序結構對系統速度和溫度級串過程的影響，闡明了由羽流結構所引入的各向異性在系統能量輸運過程中所起的作用；在湍流熱輸運方面，我們系統地研究了對流槽的幾何形狀對熱對流的湍流熱輸運效率的影響。基於這些工作成果，我們在國際頂級流體力學類學術期刊Journal of Fluid Mechanics上發表論文4篇，在國際知名流體力學類學術期刊Physics of Fluids上發表論文1篇，總共發表論文10篇，其中8篇被SCI收錄。此外，我們還受到國內著名力學類綜述期刊《力學進展》的邀請，撰寫有關湍流熱對流方面的綜述性論文。我們的工作受到了國內同行的關注，項目負責人應邀在西安交通大學舉行的‘中國力學學會學術大會2013’（2013年8月，西安）‘流體力學’分會場上做題為“Boundary Layer Structures in Turbulent Rayleigh-Bénard Convection”的分會場邀請報告；應邀在浙江舟山舉行的‘第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術會議’（2013年9月，舟山）上做題為“Rayleigh-Bénard湍流熱對流系統的邊界層結構”的大會邀請報告。本項目共培養研究生5名（3名已畢業），其中碩士生李春梅獲得了“上海市優秀碩士畢業生”和“2012年上海市優秀碩士論文”等榮譽稱號。
