Exact energy stability of Bénard-Marangoni convection at infinite Prandtl number
本文用能量方法研究了无限普朗特数下流体层中Bénard-Marangoni对流的Pearson模型中纯传导的稳定性。在扩展空间的容许扰动的导电状态，我们找到了一个精确的解决方案的能量稳定性变分问题的一系列热边界条件描述完美的传导，不完美的传导，绝缘边界。我们的分析扩展和改进了以前的结果，并表明，与能量方法的全局稳定性可以证明线性不稳定阈值时，流体层的顶部和底部边界是绝缘的。因此，与著名的瑞利-贝纳德对流设置相反，能量稳定性理论并不排除有限振幅扰动下亚临界不稳定性的可能性。
2017-04-05 physics.flu-dyn
Low-Prandtl-number Bénard-Marangoni convection in a vertical magnetic field
通过直接数值模拟研究了均匀磁场对表面张力驱动的Bénard对流的影响。在矩形域中的周期性的水平边界条件和自由滑动条件下使用伪谱傅立叶-切比雪夫离散计算的流量。忽略自由表面的变形。二维和三维流动计算要么消失或小普朗特数，这是典型的液态金属。该文件的主要重点是定性比较的流动状态与非磁性的情况下，和与可能的近取消的非线性和压力项的动量方程的二维辊的影响。在三维的情况下，从一个固定的六边形图案在对流的发病三维时间依赖性对流的过渡进行了探索，通过一系列的模拟在零普朗特数。
2009-06-30 physics.flu-dyn
Logarithmic temperature profiles of turbulent Rayleigh-Bénard convection in the classical and ultimate state for a Prandtl number of 0.8
我们报告的实验测定的温度场的内部（散装）的湍流瑞利-贝纳德对流的圆柱形样品的纵横比（直径与高度）为0.50，无论是在经典的和最终的状态。普朗特数接近0.8。我们发现了一个“对数层”，其中温度随着离样品底板的距离z而变化为A*ln（z/L）+ B。振幅A随径向位置r而变化。在经典状态下，这些结果与直接数值模拟（DNS）吻合良好;在最终状态下，还没有DNS。讨论了经典状态下的温度场与剪切流中时均下游速度的“壁面定律”之间的密切相似性。
2014-04-14 physics.flu-dyn
New bounds on the vertical heat transport for Bénard-Marangoni convection at infinite Prandtl number
我们证明了一个新的严格的上限的垂直热传输的Bénard-Marangoni对流的二维或三维流体层与无限普朗特数。精确地说，对于Marangoni数$Ma \gg 1$，努塞尔数$Nu$渐近有界于$Nu \lesssim Ma^{2/7}(\ln Ma)^{-1/7}$。我们的证明的关键是一个背景温度场与流体的表面附近的双曲线轮廓，以及温度和垂直速度之间的耦合的新的估计。
2019-12-03 math-ph math.AP math.MP
Accounting for surface temperature variations in Rayleigh-Bénard convection
湍流Rayleigh-Bénard对流通常用恒定的表面温度来模拟。然而，许多地球物理系统的表面温度，如湖泊，耦合到大气强迫。在本文中，我们通过一个额外的参数$β$来解释这个动态表面温度。使用一个适当定义的动态瑞利数$\RaD$，我们恢复了许多结果从标准的瑞利-贝纳德模型。我们希望这项工作将简化瑞利-贝纳德理论在地球物理环境中的应用，如湖泊。
2023-03-13 physics.flu-dyn
Absence of Evidence for the 'Ultimate' State of Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
He等人[Physical Review Letters 108，024502（2012）]声称他们的实验达到了湍流瑞利-贝纳德对流的“终极”状态，但他们的数据并不合理。
2020-05-07 physics.flu-dyn
Rayleigh-Bénard Convection in Strong Vertical Magnetic Field: Flow Structure and Verification of Numerical Method
本文采用直接数值模拟的方法研究了在轴向均匀磁场作用下垂直圆柱腔内的湍流瑞利-贝纳德对流。在高哈特曼和瑞利数的流动被认为是。计算结果表明，在强磁场作用下，与强旋转的Rayleigh-Bénard对流相似，流动中出现了中心涡，同时换热受到抑制.
2020-05-24 physics.flu-dyn
Optimal Prandtl number for heat transfer in rotating Rayleigh-Benard convection
在瑞利数Ra = 10^8的情况下，给出了湍流旋转瑞利-贝纳德对流中传热随普朗特数（Pr）和罗斯比数（Ro）变化的数值数据。当Ro固定时，相对于非旋转值的传热增强显示出作为Pr的函数的最大值。该最大值是由于当Pr变得太小或太大时Ekman泵送的效率降低。当Pr变小时，即对于大的热扩散率，由垂直涡流携带的热量在单元的中间扩散，并且Ekman泵送因此变得效率较低。对于较高的Pr，热边界层（BL）比动力学BL薄，因此Ekman涡不会到达热BL。这意味着被吸入垂直涡流的流体比较低Pr的流体更冷，这限制了向上热传递的效率。
2009-12-04 physics.flu-dyn
Distributed chaos and turbulence in Bénard-Marangoni and Rayleigh-Bénard convection
利用实验室实验和直接数值模拟的结果，研究了Bénard-Marangoni对流和Rayleigh-Bénard对流中的时间和时空（湍流）分布混沌的有效扩散系数（粘性）和作用。它示出，对于这两种情况下，衰减部分的功率谱已拉伸指数形式-时间谱$E(f) \propto \exp-(f/f_β)^{1/2}$和空间谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{2/3}$，其中的$f_β$和$k_β$代表低频（大规模）相干振荡。
2019-03-12 physics.flu-dyn
From deterministic to distributed chaos/turbulence in Rayleigh-Bénard convection: generalized Birkhoff-Saffman invariant
利用直接数值模拟的结果，研究了在广义Birkhoff-Saffman不变量控制下，Rayleigh-Bénard对流中随着Rayleigh数的增加（从$10^4$到$10^8$）从确定性到分布式混沌/湍流的转变.本文简要讨论了这种方法在旋转瑞利-贝纳德对流、稳定分层流以及大气和太阳光球观测中的应用。
2022-11-30 physics.flu-dyn
Prandtl number dependence of the small-scale properties in turbulent Rayleigh-Bénard convection
本文利用数值模拟的方法分析了湍流热对流的谱和动能通量以及能量注入率和耗散率与普朗特数（Pr）的关系。正如预期的那样，对于具有$ \mathrm{Pr} \lessapprox 1 $的流动，惯性范围动能通量是恒定的，动能谱是类Kolmogorov（$ k^{-5/3} $）。更重要的是，我们发现，动能通量和频谱的振幅和结构函数的增加与Pr的减少，从而表现出更强的非线性与小普朗特数的流动。与这些观察结果一致，动能注入率和耗散率也随着Pr的降低而增加。我们的结果与早期的研究报告雷诺数是湍流对流中普朗特数的递减函数相一致。另一方面，局部热通量概率分布的尾部随着Pr的增加而增长，表明局部热通量随Pr的波动增加。
2021-04-24 physics.flu-dyn
Scale-resolved turbulent Prandtl number for Rayleigh-Bénard convection at $\boldsymbol{Pr =10^{-3}}$
Indian Institute of Technology Mandi（印度技术学院曼迪分校）；Indian Institute of Technology Roorkee（印度技术学院卢尔基分校）；Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学）；Keio University（庆应义塾大学）
本研究通过直接数值模拟，揭示了低普朗特数瑞利-贝纳德对流中湍流普朗特数显著高于分子普朗特数，且在惯性子层上端表现尤为突出。
2025-06-27 physics.flu-dyn
Homoclinic bifurcations in low-Prandtl-number Rayleigh-Bénard convection with uniform rotation
本文对低Prandtl数（$ 0 \leq Pr \leq 0.025 $）Rayleigh-Bénard系统绕垂直轴匀速慢转时的同宿胶粘和非胶粘分岔进行了直接数值模拟.我们已经进行了模拟与\textit{stress-free}顶部和底部边界的泰勒数（$5 \leq Ta \leq 50$）的几个值附近的不稳定性发作。我们观察到一个单一的同宿非胶合分支，标志着自发打破一个较大的极限环到两个极限环的变化的约化瑞利数$r$为较小的值$Ta (< 25)$。在同一流体动力系统中，当$25 \leq Ta \leq 50$（$25 \leq Ta \leq 50$）值稍高时，随着$r$的变化，观察到一对同宿分支，而不是一个分支。研究了分岔阈值随$Ta$的变化规律。我们还构建了一个低维模型，定性地捕捉系统的动力学附近的同宿分岔低转速。利用该模型研究了$Pr$的分岔开折和同宿分岔阈值的变化。
2014-02-18 physics.flu-dyn
Effect of a horizontal magnetic field on the melting of low Prandtl number liquid metal in a phase-change Rayleigh-Bénard system
本研究数值模拟水平磁场下低普朗特数液态金属镓的相变瑞利-贝纳德熔化，揭示无磁场时四阶段熔化过程，并发现磁场诱导准二维流动及新流动模式，影响各阶段持续时间。
2025-09-09 physics.flu-dyn
Boundary layer evolution in turbulent Rayleigh-Benard convection
我们提出了一个流体动力学的视频，说明了在边界层在湍流瑞利-贝纳德对流的速度场的动态。数据由直接数值模拟得到。
2012-09-28 physics.flu-dyn
Reply to "Absence of Evidence for the Ultimate Regime in Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection"
依赖Doering等人在Phys. Rev. Lett. 123，259401（2019）
2019-12-20 physics.flu-dyn
Effect of a polymer additive on heat transport in turbulent Rayleigh-Bénard convection
测量的热传输，表示为努塞尔数$Nu$，报告的湍流瑞利-贝纳德对流的水含有高达120 ppm的聚-[环氧乙烷]的分子量为$4\times10^6$克/摩尔。在瑞利数范围内，$ 5\times 10^9 \alt Ra \alt 7 \times 10^{10}$ $Nu$比纯水小10%。
2009-10-19 physics.flu-dyn
Rayleigh-Bénard thermal convection perturbed by a horizontal heat flux
在Rayleigh-Bénard对流中，已经发现通过流体的热量与所施加的温差具有幂律依赖性。改变这种依赖性，无论是增强还是降低流体的传热能力，在许多科学和实际应用中都是重要的。在这里，我们提出了一种简单的方法来控制瑞利-贝纳德对流的垂直传热通过注入热量通过一个横向侧的流体域和提取相同数量的热量从相对侧。这种水平热通量调节了大尺度环流，并增加了垂直方向的热传递速率。我们的数值和理论研究表明，经典的Rayleigh-Bénard对流响应这样的扰动，当系统是附近或远高于对流的发病。
2022-10-13 physics.flu-dyn
Helicity of mean and turbulent flow with coherent structures in Rayleigh-Benard convective cell
本文研究了具有加热底壁和冷却顶壁的Rayleigh-Benard矩形对流单体中具有大尺度环流的湍流空气流动。在大部分流动中，主卷的平均水平速度和涡环的平均涡量几乎是一致的。平均气流的螺旋度很高，是湍流螺旋度的来源。由于平均流动和湍流的螺旋度都很大，Rayleigh-Benard对流单体中的流动非常适合于研究螺旋湍流的性质。
2013-12-04 physics.flu-dyn
Reversals in infinite-Prandtl-number Rayleigh-Bénard convection
利用直接数值模拟的方法，研究了二维Rayleigh-Bénard对流中Prandtl数为无穷大时对流反转的统计特性.我们发现，大尺度环流逆转不规则，与两个连续的真正的逆转之间的等待时间表现出泊松分布在长时间尺度上，而连续的交叉点之间的时间间隔在短时间尺度上表现出幂律分布。我们观察到，在侧壁附近和中心的垂直速度显示出不同的统计特性。侧壁附近的速度显示出较长的自相关和$1/f^2$功率谱的频率范围很宽，相比之下，较短的自相关和较窄的缩放范围的速度在中心。侧墙附近速度的概率分布为双峰分布，表明存在反向速度场。我们还发现，占主导地位的傅立叶模式捕捉在侧壁和中心的动态非常好。此外，我们通过计算时间结构函数，在侧壁附近的速度波动中显示出弱不连续性的签名。
2018-08-29 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Standing and travelling waves in cylindrical Rayleigh-Benard convection
本文用Boussinesq方程对高宽比接近1.5的圆柱形容器进行了Rayleigh-Benard对流的数值模拟。利用非线性模拟、线性稳定性分析和分叉理论研究了从轴对称定常流到时变流的过渡。当瑞利数接近25，000时，轴对称流对驻波或行进方位波变得不稳定。驻波对行波稍不稳定。这种情形被认为是具有O（2）对称性的系统中的一个Hopf分支。
2007-05-31 physics.flu-dyn
Route to hyperchaos in Rayleigh-Benard convection
通过三维数值模拟研究了周期性正方形胞内Rayleigh-Benard对流向超混沌的转变。通过固定的普朗特数P=0.3和变化的Rayleigh数作为控制参数，分岔图构造的路线，超混沌涉及准周期制度的两个和三个无公度频率，多稳定性，混沌间歇吸引子和一系列的边界和内部危机。三个最大的李雅普诺夫指数与Rayleigh数呈线性比例关系，并且在最终的超混沌吸引子中为正.从而找到了一条通向弱湍流的途径。
2015-10-07 physics.flu-dyn
The time evolution equation for advective heat transport as a constraint for optimal bounds in Rayleigh-Bénard convection
瑞利-贝纳德对流中的热输运和其他感兴趣的量的上界是在以前的工作中从动能、温度的均方根和水平面上的平均温度的时间演化方程的约束中推导出来的。在这里，我们调查的影响，一个新的约束来自时间演化方程的对流热传输。这种额外的约束导致改进的环形耗散的界限。
2019-01-09 physics.flu-dyn
Maxwell and Cattaneo's Time-Delay Ideas Applied to Shockwaves and the Rayleigh-Benard Problem
我们应用麦克斯韦和卡塔内奥的松弛方法来分析二维粘性导热流体中的强激波。麦克斯韦弛豫时间的合理值的良好协议的结果。如果粘性弛豫时间太大，则会导致不稳定性。这些松弛项对慢节奏亚音速问题的影响可以忽略不计，如这里对两滚和四滚瑞利-贝纳德流所示。
2011-03-08 physics.flu-dyn
Multiplicity of chaotic and turbulent regimes in Rayleigh-Bénard convection
利用分布混沌方法，对Rayleigh-Bénard对流中的多个混沌和湍流区域进行了研究，并将其从确定性混沌的开始到充分发展的湍流进行了分类，得到了实验室实验和数值模拟结果的支持。结果表明，制度可以取代对方取决于瑞利数的值和位置的对流单体（在大部分的流动或在边界层）。基于惯性浮力和螺旋度的不变量在这些区域的形成中起着至关重要的作用。从经典到极限状态的过渡也在这方面进行了讨论。
2019-12-23 physics.flu-dyn
On scaling laws in turbulent magnetohydrodynamic Rayleigh-Benard convection
我们调用磁边界层和磁瑞利数的概念，并使用在体和边界层的磁能量耗散率导出一些标度律表示如何Nusselt数依赖于磁瑞利数，普朗特数和磁普朗特数的湍流磁流体动力学Rayleigh-Benard对流在均匀垂直磁场的存在下的简单情况。
2008-02-12 physics.flu-dyn
Boundary layers in turbulent Rayleigh-Bénard convection in air
在这个流体动力学视频中，可以看到矩形Rayleigh-Bénard对流单元中的边界层流动。实验在瑞利数$Ra=1.3\times 10^{10}$和普朗特数$Pr=0.7$的空气中进行。在加热板的选定位置捕获的各种序列表明，边界层是一个非常瞬态的流动区域，其特征在于永久演变的相干结构。在大尺度环流冲击或离开底板的区域，它变得完全湍流。
2012-09-27 physics.flu-dyn
Adapting a Fourier pseudospectral method to Dirichlet boundary conditions for Rayleigh--Bénard convection
本文提出了一种基于复傅立叶变换的拟谱方法对非自由边界条件的适应性。该方法适用于数值积分的Oberbeck-Boussinesq方程的Rayleigh-Bénard细胞与无滑移边界条件的速度和Dirichlet边界条件的温度。我们展示了在高瑞利数（$R\sim10^9$）的干空气对流的二维数值模拟的第一个结果。这些结果为以后用同样的方法研究太阳能蒸馏器中的湿对流奠定了基础。
2015-10-18 physics.flu-dyn
The selforganization phenomenon in Rayleigh-Benard convection: a hydrodynamics analysis
人们对从下方加热的Boussinesq流体的平面水平层中的三维细胞对流的演变进行了很好的研究。在这里，我们回顾了这个系统的调查结果，以及一些相关的和新的数值结果。在Boussinesq近似下求解NS方程，给出了Rayleigh-Bénard对流中斑图形成的理论结果.为了简化分析，将方程组简化为二维形式，流动的演化符合流动达到最优形式的思想。
2010-11-19 physics.flu-dyn
The Lagrangian kinetic energy cascade in Rayleigh-Bénard convection
本研究利用动能通量的拉格朗日描述，通过实验揭示了高Rayleigh数Rayleigh-Bénard对流中存在能量在小尺度向下、大尺度向上传递的分裂级串现象。
2025-05-03 physics.flu-dyn
Towards DNS of the Ultimate Regime of Rayleigh--Bénard Convection
在这篇文章中，我们简要介绍了湍流热对流的问题，特别是在其过渡到最终制度和直接数值模拟这种流动所需的分辨率要求。
2020-05-14 physics.flu-dyn
Absence of Evidence for the Ultimate Regime in Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection
本工作与{ \em Phys. Rev. Lett.}中的工作等效。{ \bf 123}，259401（2019），但是，《物理评论快报》禁止引用Zhu等人发表的分析中的另外两点，在{ \em Phys. Rev. Lett.} { \bf 123}，259402（2019）.
2019-12-16 physics.flu-dyn
Bounds on heat flux for Rayleigh-Bénard convection between Navier-slip fixed-temperature boundaries
我们研究了二维Rayleigh-Bénard对流与Navier滑移，固定温度的边界条件，并建立边界上的Nusselt数。由于滑移长度随瑞利数$\rm{Ra}$而变化，因此该估计值在自由滑移条件下$\rm{Ra}^{\frac{5}{12}}$的Whitehead-Doering界限[13]和经典Doering-Constantin $\rm{Ra}^{\frac{1}{2}}$界限[4]之间插值。
2021-09-27 math.AP physics.flu-dyn
Large scale dynamics in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文综述了近年来对湍流瑞利-贝纳德对流的几个方面的研究进展。重点是如何的Nusselt数和雷诺数取决于瑞利数Ra和普朗特数Pr的问题，以及如何的热和动力边界层尺度与Ra和Pr的厚度。非Oberbeck-Boussinesq效应和大规模的对流辊的动态也得到解决。评论结束时，对未来的研究湍流瑞利-贝纳德系统的挑战清单。
2008-11-04 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Rayleigh and Prandtl number scaling in the bulk of Rayleigh-Benard turbulence
本文研究了（数值）均匀Rayleigh-Benard湍流的Nu、Re、温度脉动以及动力学和热耗散率的Rayleigh（Ra）和Prandtl（Pr）数标度，即，具有周期性边界条件的Rayleigh-Benard湍流，温度场受平均梯度的体积强迫。该系统用作大部分Rayleigh-Benard流的模型系统，因此也是所谓“热对流的最终状态”的模型。对于Ra对Nu和Re的依赖性，我们证实了我们早先的结果\cite{loh03}，它与Kraichnan理论\cite{kra62}和Grossmann-Lohse（GL）理论\cite{gro00,gro01,gro02,gro04}一致，后者都预言了$Nu \sim Ra^{1/2}$和$Re \sim Ra^{1/2}$ .然而，这两个理论中的Pr依赖性是不同的。在这里，我们表明，数值数据与GL理论$Nu \sim Pr^{1/2}$，$Re \sim Pr^{-1/2}$是一致的。对于热耗散率和动力耗散率，我们发现$\eps_θ/(κΔ^{2}L^{-2}) \sim (Re Pr)^{0.87}$和$\eps_u/(ν^3 L^{-4}) \sim Re^{2.77}$，也都符合GL理论，而温度波动不依赖于Ra和Pr。最后，热传输的动力学进行了研究，并把Doering等人最近的理论发现的背景下。\cite{doe05}。
2004-10-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Spectra and probability distributions of thermal flux in turbulent Rayleigh-Bénard convection
本文给出了有和无均匀旋转的瑞利-贝纳德对流中湍流热通量$\mathrm{H}(k)$的谱。频谱$\mathrm{H}(k)$随波数$k$缩放为$\sim k^{-2}$。标度指数几乎与泰勒数$\mathrm{Ta}$和普朗特数$\mathrm{Pr}$无关，因为约化瑞利数$r$（$ > 10^3$）的值较高。然而，对于较小的$r$值（$<10^3$），指数取决于$\mathrm{Ta}$和$\mathrm{Pr}$。局地热通量的概率分布函数为非高斯分布，具有指数尾。
2016-05-02 physics.flu-dyn
Prandtl and Rayleigh number dependence of heat transport in high Rayleigh number thermal convection
本文给出了三维Rayleigh-Bénard对流的直接数值模拟结果，模拟了高宽比$Γ=0.23$和$Γ=0.5$达到Rayleigh数$Ra=2\times10^{12}$的样品。考虑了普朗特数$0.5<Pr<10$的宽范围。与某些实验相反，我们没有看到$Nu/Ra^{1/3}$的任何增加，既不是由于$Pr$数效应，也不是由于在底板处的恒定热通量边界条件而不是恒定温度边界条件。即使在这些非常高的$Ra$，热和动力学边界层厚度服从普朗特-布拉修斯标度。
2011-05-01 physics.flu-dyn
Thermal Boundary Layer Equation for Turbulent Rayleigh-Benard Convection
本文提出了一个新的考虑湍流脉动影响的湍流Rayleigh-Benard对流的热边界层方程。这些波动被忽略在现有的方程，这是基于稳态和层流假设。利用这个新方程，我们解析地导出了两种极限下的平均温度分布：（a）Pr>1，Pr~1和（b）Pr>>1。这两个理论预测与我们的直接数值模拟的结果非常一致，分别为Pr=4.38（水）和Pr=2547.9（甘油）。
2015-01-15 physics.flu-dyn
Extreme multiplicity in cylindrical Rayleigh-Bénard convection: I. Time-dependence and oscillations
圆柱形容器中的Rayleigh-Benard对流可以呈现许多不同的空间形式。受Hof，Lucas和Mullin [Phys. Fluids 11，2815（1999）]的结果的启发，他们在一组参数值下观察到几种稳定状态的共存，我们在相同的普朗特数，水的普朗特数和半径与高度的纵横比为2的情况下进行了模拟。我们使用了两种热边界条件：完全绝缘侧壁和完全导电侧壁。在这两种情况下，我们得到了各种各样的共存的稳定和随时间变化的流量。
2010-01-18 physics.flu-dyn
Turbulent Rayleigh-Bénard convection in a strong vertical magnetic field
本文采用直接数值模拟的方法研究了在轴向磁场作用下，长径比为1的圆柱体中湍流Rayleigh-Bénard对流的流动结构和输运特性。流动的普朗特数0.025和瑞利和哈特曼数高达$10^9$和1400被认为是。结果与早期的实验和数值数据是一致的。如预期的，热传递速率和动能被强磁场抑制。在同一时间，他们的增长与瑞利数被发现是更快的流动在高哈特曼数。这种行为是由于新发现的流动制度，其特征在于突出的准二维结构，让人想起先前在磁流体动力学湍流模拟中观察到的涡片。旋转壁模式类似于那些在瑞利-贝纳德对流与旋转被发现在流动附近的Erasekhar线性稳定性极限。详细分析了气流的空间结构及其对全球输运特性的影响。
2020-05-24 physics.flu-dyn
Lagrangian temperature, velocity and local heat flux measurement in Rayleigh-Benard convection
我们已经开发出一种小型、中性浮力、无线温度传感器。使用摄像机进行光学跟踪，我们获得的位置和温度的传感器的同时测量，因为它是由瑞利-贝纳德对流中的流动，在$Ra \sim 10^{10}$。我们报告的温度，速度和热传输的湍流热对流的统计。传感器粒子的运动表现出接近拉格朗日示踪剂在流体动力学湍流的动力学。我们还量化了羽流中的热传输，揭示了羽流之间的自相似性和极端变化。
2007-06-05 physics.flu-dyn
Transitions between turbulent states in rotating Rayleigh-Benard convection
对弱旋转湍流Rayleigh-Benard对流进行了实验和数值研究。随着旋转和足够大的瑞利数的增加，从一个几乎与旋转无关的热传输的湍流状态到另一个湍流状态与增强的传热观察到在一个关键的逆Rossby数$1/Ro_c \simeq 0.4$。而对于$1/Ro < 1/Ro_c$，取决于参数，大尺度对流卷的强度或者增强或者基本上未被修改，其强度在超过$1/Ro_c$的情况下逐渐减小，在该情况下，其与引起垂直流体输送并因此传热增强的埃克曼涡流竞争。
2009-01-14 physics.flu-dyn
Anomalous mass diffusion in a binary mixture and Rayleigh-Benard instability
本文研究以浓度浮力驱动的二元混合物水平层中Rayleigh-Benard不稳定性，通过将反常扩散幂律模型纳入控制方程，重新分析了次扩散与超扩散条件下的稳定性起始条件。
2024-06-17 physics.flu-dyn
Robust wall states in rapidly rotating Rayleigh-Bénard convection
我们表明，使用直接数值模拟与实验可实现的边界条件，壁模式在瑞利-贝纳德对流在一个快速旋转的圆柱体坚持甚至非常远离他们的线性发病。这些非线性的壁状态中存在的湍流中的散装和鲁棒的容器的边界的形状的变化。在这个意义上，这些模式的行为很像拓扑保护的二维手征系统中存在的状态，即使旋转对流是一个三维非线性驱动耗散系统。我们认为，这种非线性模式的鲁棒性可能提供了一个强的带状流最近在高瑞利数的快速旋转对流的模拟和实验中观察到的解释。
2020-04-27 physics.flu-dyn
Dynamics of large-scale quantities in Rayleigh-Bénard convection
本文估计了Rayleigh-Bénard方程各项的相对强度。基于这些估计和标度分析，我们推导出了适用于任意瑞利数$\mathrm{Ra}$和普朗特数$\mathrm{Pr}$的大尺度速度$U$或Péclet数的一般公式。我们的公式与早期的模拟和实验结果相当吻合。我们的分析还表明，有壁对流增强粘性力相比，自由湍流。我们还演示了相关性如何偏离努塞尔数标度从理论预测的$\mathrm{Ra}^{1/2}$到实验观察到的近$\mathrm{Ra}^{0.3}$的标度。
2016-11-28 physics.flu-dyn
Prediction of temperature distribution in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文提出了一个关于Rayleigh-Benard对流（RBC）中垂直平均温度剖面（MTP）的定量理论，它解释了Ahlers等人最近对对数律的实验和数值观测。（Phys. Rev. Lett.，2012年）。多层模型制定和量化，其预测同意DNS和实验数据的瑞利数（Ra）超过七十年。特别地，热缓冲层遵循1/7比例，如先前假定的混合区（Procaccia等人，Phys.Rev.A，1991），并且产生Ra依赖的对数定律常数。基于目前对体MTP的多层量化，提出了一种新的Nu（Ra）依赖性参数化。
2014-01-09 physics.flu-dyn
Suppression of wall modes in rapidly rotating Rayleigh-Bénard convection by narrow horizontal fins
研究通过在垂直壁面添加窄水平鳍片，有效抑制快速旋转 Rayleigh-Bénard 对流中的壁面模态，使壁面热通量贡献可忽略，为地转状态下旋转对流的实验研究扫清障碍。
2023-04-03 physics.flu-dyn
Elliptical Instability and Multi-Roll Flow Modes of the Large-scale Circulation in Confined Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
细长圆柱单元中的湍流Rayleigh-Bénard对流表现出丰富的大尺度环流动力学（LSC），具有多个相互堆叠的卷。我们建议，椭圆形不稳定性的机制，导致扭曲和破碎的LSC成多个辊和体积平均的热量和动量的传输，所代表的努塞尔数和雷诺数，一般是较弱的较大数量的LSC辊$n$。这得到了$Ra=5\times10^5$、$Pr=0.1$、$H=5D$和$1\leq~n\leq4$的直接数值模拟的支持。
2020-02-17 physics.flu-dyn
Similarity model for corner roll in turbulent Rayleigh-Benard convection
Rayleigh-Bénard（RB）对流中的角滚（CR）是角部热传输和对流流动行为的主要原因。对$10^8<Ra<5\times10^9$的三维直接数值模拟结果表明，CR具有良好的相似性和多层结构。利用同伦理论和结构系综动力学理论，构造了一个流函数。该模型对角辊$Re_{cr}\sim Ra^{1/4}$的雷诺数进行了定标。CR尺度$r = 0.77 Ra^{-0.085}$的缩放表明风引起的强近壁剪切，并提供了高$Ra$时“极限状态”的概率。
2018-09-02 physics.flu-dyn
"Ultimate state" of two-dimensional Rayleigh-Benard convection between free-slip fixed temperature boundaries
本文从纳维-斯托克斯方程的Boussinesq近似出发，导出了无应力等温边界间二维Rayleigh-Benard对流中垂直热输运的严格上限。努塞尔数Nu是有界的瑞利数Ra根据$Nu \leq 0.2295 Ra^{5/12}$均匀的普朗特数Pr。这努塞尔数缩放挑战一些理论论点的渐近高瑞利数热传输湍流对流。
2011-04-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Order and chaos in two-dimensional Rayleigh-Bénard convection
详细研究了具有自由滑移边界的二维Rayleigh-Bénard对流。采用伪谱方法对瑞利数达到$3.3 \times 10^7$的系统进行了数值求解。该系统表现出各种对流状态：稳态，振荡，混沌和软湍流。在混沌状态下观察到了“移动辊”的不稳定性。努塞尔数的标度显示接近0.33的指数。能谱和通量的研究表明，动能的逆级联和熵的正级联。这与波数空间中的壳-壳能量传递是一致的。壳-壳能量转移研究也表明了从一个壳到另一个壳的局部能量转移。
2009-04-19 physics.flu-dyn
Oscillatory instability and fluid patterns in low-Prandtl-number Rayleigh-Bénard convection with uniform rotation
我们提出了一个低普朗特数（$Pr = 0.1$）流体的流动模式的直接数值模拟的结果以上的振荡对流在一个瑞利-贝纳德系统绕垂直轴均匀旋转的发病。在具有导热和无应力顶面和底面的周期性盒子中进行模拟。我们考虑了一个矩形盒（$L_x \times L_y \times 1$）和广泛的泰勒数（$750 \le Ta \le 5000$）的目的。盒的水平纵横比$η= L_y/L_x$从$0.5$到$10$变化。对于较短的盒子（$0.5 \le η< 1$和$1 < η< 2$），主要不稳定性以二维驻波的形式出现。在装有$η= 1$和$η= 2$的盒子中观察到的流动模式与装有$η< 1$和$1 < η< 2$的盒子不同。我们观察到的竞争之间的两套相互垂直的轧辊在一个正方形的细胞（$η= 1$）的主要不稳定性$Ta < 2700$，但观察到一组平行的轧辊的驻波形式的$Ta \geq 2700$。对于$750 \le Ta < 2700$，三维对流是准周期或混沌的，而对于$Ta \ge 2700$，三维对流分叉为二维周期流。对流结构由直卷、菱形图案和与直卷倾斜成$ϕ= \fracπ{2} - \arctan{(η^{-1})}$角度的波浪卷的出现和消失组成。
2014-02-18 physics.flu-dyn
Buoyancy statistics in moist turbulent Rayleigh-Benard convection
本文在Boussinesq近似下研究了浅层湿Rayleigh-Benard对流的三维直接数值模拟。相变的热力学近似为接近相边界的分段线性状态方程。讨论了相变对湍流波动和浮力通过层的转移的影响，作为瑞利数和形成液态水的能力的函数。由于相变的增强浮力通量与干对流参考案例进行了比较，并与对流层中的云量有关。这项研究表明，湿瑞利-贝纳德问题提供了一个实用的框架，为发展和评估的参数化大气对流。
2010-06-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A model for the large-scale circulation in turbulent Rayleigh-Benard convection
本文提出了一个湍流瑞利-贝纳德对流的大尺度环流动力学模式。它由两个随机常微分方程的纳维-斯托克斯方程，每个LSC的强度和方位角的方向。随机力在现象上代表了湍流涨落对LSC的作用。在没有可调参数的情况下，该模型产生了一个曲折的LSC，偶尔会旋转，并且每天发生几次更罕见的停止-与实验只有大约两个因素的差异。与实验结果一样，LSC取向变化的分布对于终止是均匀的，对于旋转是幂律的。
2006-12-13 physics.flu-dyn
