力学季刊

作者：何川, 李婷, 韦萍, 李慧敏

关键词：穿透对流；热对流；对流斑图；传热

为研究Rayleigh-Bénard(RB)穿透对流系统的传热和对流斑图的流动特性，本实验采用径高比Γ ≡D/L= 1的圆柱形对流槽实验装置（D 为对流槽直径，L 为对流槽高度），以4 ℃左右的水为实验流体．水的密度在4.0 ℃时达到最大值，对流槽底板的温度为Tb(Tb > Ti = 4.0 ℃)，顶板温度为Tt(0< Tt ≤4.0 ℃)．本实验的主要控制参数为：Ra 数(104<Ra<108)，Pr 数(10< Pr < 13)，密度反转参数θi(0 ≤θi ≡( Ti -Tt ) / (Tb -Tt ) ≤1)．对流斑图的强度和方位角通过装置侧壁4 个温度探头的测量来确定．固定Ra 数，随着θi 增大，对流槽上部分稳定层厚度增加，系统全局传热Nu 数减小．固定θi，随着Ra 数增大，系统全局传热Nu 数增加，当Ra 数大于临界瑞利数Ra*(Ra*=4× 106)，Nu 数与Ra 数的标度率关系为：Nu = cRa0.3，该标度率与GL理论相符．实验研究了一阶傅立叶能量占比E1 /Etot 和流动强度δ 随Ra 数的变化．结果表明，在Ra 数小于Ra*时，系统内形成稳定的环状对流斑图，该对流斑图可用傅立叶级数m=1 表示．在Ra 数大于Ra*时，系统处于湍流区间，对流斑图不再稳定．

来源：2021年第3期

《力学季刊》期刊编辑部

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