An augmented swirling and round jet impinging on a heated flat plate and its heat transfer characteristics
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
本文提出了一种增强旋流环形喷射的几何机制，通过不同分割比研究其传热特性，发现优化距离和分割比可显著提升传热效率。
2022-11-15 physics.flu-dyn
Penetrative internally heated convection in two and three dimensions
本文用二维和三维直接数值模拟的方法研究了上下两块板之间的等温内热流体的对流换热。不稳定分层的上部区域驱动对流渗透到稳定分层的下部区域。在没有对流的情况下，产生的热量在底板上逃逸的部分是一半，最初随着对流的加强而减少。进入湍流状态，这种下降在二维中反转，但在三维中单调地继续。在没有对流的情况下，平均流体温度与加热速率（$H$）成比例地增长，当对流在二维和三维中都很强时，平均流体温度与$H^{4/5}$成比例地增长。加热速率与流体温度之比被比作瑞利-贝纳德对流的努塞尔数。模拟报告普朗特数在0.1和10之间，瑞利数（定义在加热速率方面）高达$5\times10^{10}$。
2016-01-21 physics.flu-dyn
Impact of an Arc-shaped Control Plate on Flow and Heat Transfer around a Isothermally Heated Rotating Circular Cylinder
本文的主要目的是研究旋转、等温加热圆柱体的流动特性，圆柱体的下游有一个垂直的弧形控制板。以二维N-S方程的流函数-涡量（$ψ-ω$）格式为控制方程，在普朗特数$0.7$和雷诺数$150$下，对控制板的不同间距（$0.5$，$1$，$2$，$3$）、不同转速（$0.5$，$1$，$2.07$，$3.25$）进行了数值模拟。控制方程离散使用高阶紧致（HOC）计划和代数方程组，所产生的HOC离散，使用双共轭梯度稳定的方法求解。计算结果表明，圆柱的旋转运动使旋涡脱落面从流场中心线上移。尾流的结构根据板的位置而变化。当控制板设置在$d/R_0=3$且旋转速率非常高时，涡流的尺寸大大减小。在较大的转速下，弧形控制板的不同位置的影响非常显著。圆柱体的旋转和板的位置可用于降低或提高阻力和升力系数的值以及来自圆柱体表面的热传递。对于$d/R_0=2$和$α=3.25$，阻力系数达到最大值，约为$3$。
2023-01-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Mixed Convective Heat Transfer Enhancement in a Ventilated Cavity by Flow Modulation via Rotating Plate
本文数值模拟了旋转平板主动调节流动的方腔中的混合对流现象。腔中的强制对流是通过保持外部流体流通过左腔壁底部的开口同时通过右腔壁的另一开口离开而获得的。腔体中心的逆时针旋转板充当主动流量调节器。移动网格的方法是用于旋转的板和数值解是使用任意拉格朗日-欧拉（ALE）有限元公式与四边形离散计划。瞬态参数模拟已经进行了各种频率的旋转板的固定雷诺数（Re）为100的基础上的最大进口流速，而理查森数（Ri）保持在统一的。传热性能进行了评估的空间平均努塞尔数和时间平均努塞尔数沿加热壁。从快速傅立叶变换（FFT）分析获得的频域功率谱分析表明，在较高的速度比值（> 4）处，热频率和板频率开始彼此偏离。
2020-10-03 physics.flu-dyn
Comment on: "Stokes' first problem for heated flat plate with Atangana--Baleanu fractional derivative" [Chaos Solitons Fractals 117 (2018) 68]
在分布意义下，Heaviside单位阶跃函数$H(t)$的导数是广义Dirac- $δ$分布.如果平板的速度$V(t)$是脉冲的，则作为$V(t)=H(t)$（即，它突然以单位速度$t=0^+$开始运动），那么它的加速度是$V'(t)=δ(t)$。狄拉克- $δ$分布没有点值。然而，当Dirac- $δ$是常微分方程的强迫项（在$t$中）时，它对解有贡献。最近发表的论文[Chaos Solitons Fractals 117（2018）68]错误地将Dirac- $δ$函数视为等同于0。本评论分析了这一错误的来源，并提供了如何纠正它的指导（基于已建立的文献）。确定的数学错误是除了一些问题的流变模型与分数阶导数，这也注意到。也就是说，无论在[Chaos Solitons Fractals 117（2018）68]中是否使用了“Atangana-Baleanu分数导数”，其中提供的Stokes第一个问题的解决方案都是不正确的。
2021-05-12 math.AP physics.flu-dyn
Impact of a Cold Control Plate on Fluid Flow and Heat Transfer across an Isothermally Heated Rotary Oscillating Circular Cylinder
本文的主要目的是研究一个冷的，垂直的，弧形的控制板的流动特性和强迫对流换热机制的影响，通过旋转振荡，等温加热圆柱。二维，非定常，不可压缩，层流和粘性流动的牛顿，恒定特性的流体被认为是通过圆柱。使用内部代码在普朗特数$0.7$和雷诺数$150$下对控制板和气缸之间的各种间隙比（$0\leq d/R_0 \leq 3$）、最大角速度（$0.5\leq α_m \leq 4$）和振荡频率比（$f/f_0=0.5,\ 3$）进行模拟。这里，$d$表示圆柱体的表面和控制板的前表面之间的间隙，$R_0$表示圆柱体的半径，$f$是振荡频率，$f_0$是自然涡旋脱落的频率。$d/R_0=0$对应于无板情况。传热和旋涡脱落现象进行了讨论，在相互关系。对于具有$d/R_0=0.5$和$f/f_0=0.5$的间隙比的所有$α_m$，观察到热传递的显著增加。当$α_m=0.5$和$f/f_0=0.5$时，控制板表面上的热吸收随着间隙比的增加而减小到零，但当$α_m=4$和$f/f_0=3$时，控制板表面上的热吸收永远不会变为零。此外，当与没有板的情况下与$(α_m,\ f/f_0)=(0.5,\ 0.5)$相比，阻力系数的最大峰值降低了$9.877\%$的$d/R_0=3$的间隙比。对于$α_m=4$和$f/f_0=3$，发现相对于其他情况，$d/R_0=0.5$的最小间隙比显著增加升力系数。
2023-02-02 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Layer formation in double-diffusive convection over resting and moving heated plates
我们提出了一个双扩散对流的数值研究，其特征在于分层不稳定的热对流，而在同一时间的平均分子量（或溶质浓度）的顶部和底部之间的差异抵消这种不稳定性。在这种情况下，对流区可以通过对温度和溶质梯度的联合作用局部不稳定的分层或通过另一个过程，振荡双扩散对流不稳定性形成，该过程由与溶质相比更快的热分子扩散率触发。我们讨论了连续层形成这个问题的情况下，瞬间加热的底部（板），形成第一层的界面，变得暂时不稳定，并触发进一步的，二次层的形成。我们认为这两种情况下的普朗特数典型的水（海洋的情况下）和一个低的普朗特数（巨行星的情况下）。我们讨论了一个库埃特一样的剪切流的影响，特别是对层形成不同的剪切速率。由于振荡双扩散对流不稳定，形成额外的层，如在某些情况下观察到的。我们还测试我们的数值实验所依据的物理模型，通过恢复实验室设置中获得的层形成的实验结果。
2019-06-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
How vortices enhance heat transfer from an oscillating plate
本研究通过数值模拟揭示平板振荡方向和速度是增强传热的关键因素，涡旋脱落影响局部传热，并探讨了系统输入功率与帕累托最优设计。
2024-11-08 physics.flu-dyn
Comment on Influence of convective boundary condition on double diffusive mixed convection from a permeable vertical surface, by P.M. Patil, E. Momoniat, S. Roy, International Journal of Heat and Mass Transfer, 70 (2014) 313-321
在上面的文章中，作者讨论了在垂直自由流中沿静止的、垂直的、可渗透的平板的边界层流动。流体通过垂直板被吸入或注入。在板处的流体种类浓度是恒定的并且不同于周围流体的流体种类浓度。还假设板通过来自具有恒定传热系数的恒定温度的另一流体的对流加热。板和周围流体之间的温度和物质浓度差产生浮力，并且流动的特征在于混合对流。边界层流动的偏微分方程（方程1-4在他们的论文中）进行了变换，并随后使用隐式有限差分格式结合准线性化技术进行了数值求解。准线性化技术是一种牛顿-拉夫逊方法。结果显示在12张图中。
2014-07-29 physics.flu-dyn
On the Thermofluidics of a Steady Laminar Jet Impacting on a Rotating Hot Plate: An ab-initio Scaling Perspective
本研究通过从头算标度分析，揭示了冲击旋转热板的稳态层流射流的液膜厚度与努塞尔数的标度规律，明确蒸发效应的影响机制，所得标度律与现有实验数据趋势一致。
2021-07-06 physics.flu-dyn
Internal heating profiles for which downward conduction is impossible
本文研究了平行板间内部加热流体的向下热传导问题，证明对于沿重力方向变化的热源，当Rayleigh数小于临界值R0时平均向下传导不可能发生，且R0取决于加热分布但始终有限，揭示了内部加热对流与Rayleigh-Bénard对流的本质区别。
2024-06-08 physics.flu-dyn
Geometry-controlled heat transport in differentially heated cavity through the lens of DNS and resolvent analysis
Vanderbilt University（范德堡大学）；New Jersey Institute of Technology（新泽理工学院）
本研究通过DNS和预解式分析，系统探究差热腔自然对流中宽高比与瑞利数对热输运的影响，揭示努塞尔数的四种区间规律及LSC敏感性与热通量的关联，得出最优宽高比的幂律标度关系。
2026-08-25 physics.flu-dyn
New bounds for heat transport in internally heated convection at infinite Prandtl number
本文针对无限Prandtl数下内部加热对流，利用背景场方法证明了不同边界条件下底部边界热通量的新理论界限，并通过Dedalus数值模拟揭示了理论界限与数值结果间的优化空间。
2024-03-21 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of K-type transition in a flat-plate boundary layer with supercritical fluids
本文通过直接数值模拟研究超临界流体平板边界层的K型转捩，发现亚临界和跨临界温度剖面下转捩均被延迟，且跨临界条件下壁面超伪沸腾温度会诱发额外发卡涡与近壁条纹结构。
2024-11-21 physics.flu-dyn
Flow-Induced Deformation of a Flexible Thin Structure as Manifestation of Heat Transfer Enhancement
薄结构的流动诱导变形与对流热传递耦合在能量收集中具有潜在的应用，并且对于理解几个生物系统的功能是重要的。我们用数值方法证明了大尺度流动诱导变形是一种有效的被动强化传热技术。内部，强耦合的流体-结构相互作用（FSI）求解器，其中流动和结构求解器的基础上尖锐的界面浸没边界和有限元法，分别。在目前的工作中，我们验证对流传热模块的内部流固耦合求解器对几个基准的传导和对流传热的例子，包括移动结构边界。研究了刚性圆柱背风面弹性薄板在加热通道层流中流动诱导变形的热增强效应，并对其进行了定量分析。我们发现，过去的板尾涡扫通道壁上产生的高的涡源进入高速区域，促进流体的混合。板的自持运动有助于对流混合，增强本体和壁附近的对流，从而减小热边界层厚度以及提高通道壁处的努塞尔数。我们量化的热改善相对于通道流没有任何钝体和分析的作用的雷诺数，普朗特数和材料性能的板在热增强。
2015-01-08 physics.flu-dyn
A Multipurpose Thermal Convection Setup to Study Turbulent Super Structures
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for the Dynamics of Complex Systems, University of Göttingen（哥廷根大学复杂系统动力学研究所）；Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University（康奈尔大学原子与固态物理实验室）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院机械工程系）；Institute of Aerodynamics and Flow Technology, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心（DLR）空气动力学与流动技术研究所）
设计热对流装置研究高瑞利数和普朗特数下的湍流超结构，通过特定尺寸的矩形单元及复合结构板，能在一定压力范围实现多种参数，适合精确热通量测量，结果与文献相符。
2026-07-07 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of high Prandtl number fluids and supercritical carbon dioxide canonical flows using the spectral element method
先进核反应堆（第四代）的设计涉及一系列影响安全和性能的具有挑战性的流体流动问题。目前，这些问题都是在不同的规模，这是耗时和昂贵的特设的方式来解决。高分辨率传热数值数据库的创建有可能帮助开发准确和廉价的降低分辨率的传热模型。这种模型可以帮助解决与先进反应堆的传热行为相关的工业驱动问题。该模型可以使用多尺度层次开发的一部分，最近能源部资助的卓越中心的热流体应用在核能。最终，这可以导致快速运行的可靠模型，从而加快先进反应堆的部署。本文利用谱元程序Nek5000和NekRS对混合对流条件下的传热进行了一系列的直接数值模拟。首先，我们研究了高普朗特数流体在加热平行平板中流动的传热。计算的数据库最终将被用来评估现有的传热相关性，并提出一些修改的情况下，没有令人满意的选择。我们还研究了超临界二氧化碳（sCO_2）在直加热管中的传热相变现象。低马赫数近似用于解耦热压力和动压力，因为在这个问题中压力降可以忽略不计。使用多区域多项式计算sCO2的性质。我们观察到，传热恶化发生在组合的sCO2的性质的变化和湍流动能（TKE）的贬值为向上流。而在向下流动中，由于TKE的增加，传热得到增强。
2022-03-13 physics.flu-dyn
Internally heated convection with rotation: bounds on heat transport
研究旋转内部加热对流的热传输，在无滑移等温边界下，利用垂直速度的两种估计证明无限Prandtl数下平均温度和底部热通量界限，并导出任意Prandtl数下的标度律。
2024-12-11 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Regime crossover in Rayleigh-Benard convection with mixed boundary conditions
我们数值模拟三维Rayleigh-Bénard对流，从下面加热和从上面冷却的流体层中的流动，具有不均匀的温度边界条件，以探索最近文献中描述的两种不同的制度。我们固定无量纲温差，即~将瑞利数转换为$Ra=10^8$，并在$1$和$100$之间改变普朗特数。通过在顶板上引入条带绝热边界条件，并使顶板表面仅为$50\%$导热，修正了传热、平均温度分布和底层流动特性。我们发现两个制度：当图案波长是小的，流几乎不受条纹。传热减少，但仍是未修改的情况下的一大部分，和底层的流动只是略有修改。当图案的波长是大的，热传递饱和到约三分之二的未修改的问题的值，在散装的温度大幅增加，并在垂直于条纹的方向上的速度波动增强。两种状态之间的过渡发生在两个板之间的距离附近的图案波长处，不同的量在略微不同的波长值处过渡。这种转变是大约普朗特数无关，即使在长波长区的统计略有不同。
2020-07-20 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Evidence of a boundary layer instability at very high Rayleigh number
1997年，瑞利-贝纳德实验证明，当瑞利数大于$Ra \sim 10^{12}$时，热传输效率显著增加，并将这一观察结果解释为Kraichnan对流的“Ultime制度”。根据Kraichnan在1962年的预测，冷板和热板上方的流动边界层-其中大部分流体温度下降是局部的-对于足够大的$Ra$变得不稳定，并且与其他湍流状态相比，这种不稳定性增强了热传输。使用相同的对流细胞在1997年的实验中，我们表明，所报告的热传输的增加是伴随着增强的温度波动的底板，这是在恒定的功率水平加热。实际上，对于$Ra < 10^{12}$，底板波动可以简单地从大部分流动中的波动来解释。特别地，它们在低频下共享相同的谱密度，就好像底板遵循块体的缓慢温度波动，模跨底部边界层的恒定温度下降。相反，为了解释在较高$Ra$下板的温度波动，我们不再能够忽略穿过边界层的温降的波动。在高$Ra$时波动的负偏度支持边界层不稳定性的图象。这些观测结果提供了新的证据，证明1997年报告的转变对应于对流的终极体制的触发。
2008-01-31 cond-mat.other physics.class-ph physics.flu-dyn
Bistability in Rayleigh-Bénard convection with a melting boundary
一种纯的、不可压缩的材料被限制在两块板之间，这样它就从下面被加热，从上面被冷却。当其熔融温度介于这两个施加的温度之间时，出现分离液相和固相的界面。根据初始条件，发生冻结或熔化，直到界面最终收敛到稳态。这种演变的数值研究在一个二维的配置使用相场法耦合的纳维-斯托克斯方程。改变模型的控制参数，我们表现出两种类型的平衡：扩散和对流。在后一种情况下，液相中的Rayleigh-Bénard对流塑造了固液前沿，并观察到宏观形貌。一个简单的方法来预测这些平衡位置进行了讨论，然后与数值模拟进行比较。在某些参数制度，我们表明，多个平衡点可以共存，这取决于初始条件。我们还表明，在这种双稳态制度，从扩散过渡到对流平衡本质上是一个非线性机制，涉及有限振幅扰动。
2020-02-10 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of optimal thermal convection in rotating plane layer dynamos
本文研究了两平行平板间旋转平板层内对流驱动发电机的传热特性。在固定的旋转速率（Ekman数，$E=10^{-6}$）和流体性质（热和磁普朗特数，$Pr=Pr_m=1$）下，分别进行发电机对流（DC）和非磁旋转对流（RC）模拟，以标定不同热强迫（Rayleigh数，$Ra=3.83\times10^{9}-3.83\times10^{10}$）下磁场对热输运的影响。在这个范围内，我们的湍流解决模拟表明存在一个最佳的热强迫，在DC板之间的传热表现出最大的增强，相比，在RC模拟的热传输。与文献中报道的任何全局力平衡不同，本模拟揭示了\textit{thermal boundary layer}中洛伦兹力的增加，这是由于无滑移边界条件下壁附近的涡流拉伸了磁场线。这种洛伦兹力的增加减轻了由于科里奥利力引起的湍流抑制，导致增强的湍流和热传递
2021-10-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Numerical investigation of wake dynamics and heat transfer in MHD flows around confined triangular prisms
本文通过 OpenFOAM 三维数值模拟，研究低哈特曼数下受限三角棱柱绕流的尾流失稳模式与传热特性，揭示 $Ha$ 和 $Ri$ 对流动二维/三维性及传热性能的影响规律。
2025-07-19 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of High Prandtl Number Fluid Flow in the Downcomer of an Advanced Reactor
非能动安全是先进核反应堆（第四代）设计的一个重要特征。在功率损失的情况下，下降管起着至关重要的作用。下降管中的流体流动行为可能涉及强制混合到自然对流，并且表征这些变化状态的传热是一个艰巨的挑战。高分辨率的传热数值数据库可以潜在地支持精确和负担得起的降低分辨率的传热模型的开发。这些模型可以设计的基础上开发的一个多尺度层次的一部分，最近能源部资助的卓越中心的热流体应用在核能。在本文中，下降管简化为加热的平行板和高普朗特数流体（FLiBe）被认为是所有的模拟。计算在Richardson数从0到400的宽范围内进行，在2个不同的FLiBe Prandtl数（12和24），总共产生40个模拟情况。时间平均和时间序列统计以及努塞尔数的相关性进行了研究，以照亮混合对流行为。计算的数据库将有助于理解下降管中的流动行为。最后，我们的目的是评估现有的传热相关性，并提出一些修改的情况下，没有令人满意的选择。
2022-03-26 physics.flu-dyn
