Vertical natural convection: application of the unifying theory of thermal convection
瑞利数$1.0\times 10^5$ - $1.0\times 10^9$和普朗特数$0.709$下垂直自然对流的直接数值模拟结果支持Grossmann-Lohse（GL）理论的普遍适用性，该理论最初是为水平自然（Rayleigh-B{é}nard）对流而开发的。根据GL理论，本文证明了垂直自然对流中速度场和温度场的边界层厚度服从类层流Prandtl-Blasius-Pohlhausen标度。具体地说，标准化平均边界层厚度与基于风的雷诺数的$-1/2$幂成比例，其中GL理论的“风”被解释为最大平均速度。远离壁，湍流波动的耗散，这可以被解释为“散装”或“背景”的GL理论的耗散，被发现服从Kolmogorov-Obukhov-Corrsin标度充分发展的湍流。与Rayleigh-B{é}nard对流不同，垂直自然对流中的重力方向平行于平均流。这种流动的方向提出了一个额外的挑战，因为不再存在一个确切的关系，链接归一化的全球耗散努塞尔，瑞利和普朗特数。然而，我们表明，未封闭的长期，即全球平均浮力通量，产生的动能，也表现出层流和湍流标度行为，与GL理论一致。目前的研究结果表明，类似于Rayleigh-B{é}nard对流，Nusselt，Rayleigh和Prandtl数之间的纯幂律关系不是垂直自然对流的最佳描述，现有的经验关系应重新校准，以更好地反映底层物理。
2018-06-20 physics.flu-dyn
Low-dimensional model of the large-scale circulation of turbulent Rayleigh-B{é}nard convection in a cubic container
我们测试的低维湍流模型的能力，以预测如何动态的大规模相干结构，如对流卷在不同的细胞几何形状的变化。我们在一个立方体容器中进行了Rayleigh-Bénard对流实验，其中有一个被称为大尺度环流（LSC）的对流卷。该模型描述了运动的方向$θ_0$的LSC作为扩散的潜在的预测作为一个函数的形状的细胞从一个近似的解决方案的纳维-斯托克斯方程。该模型预测平流振荡模式，由非圆形细胞横截面产生的回复力驱动。我们观察到预测的最低波数模式，其中LSC方向$θ_0$振荡在一个角落，和晃动角$α$岩石来回，这是不同的高波数平流扭曲和晃动振荡中发现的圆柱形细胞。正如预测的那样，在LSC方向$θ_0$和晃动角$α$上，势能在每个角附近具有二次最小值，曲率相同。在临界Ra $=4\times10^8$以上发现了拐角处的新振荡模式，该模式在模型中表现为欠阻尼-过阻尼过渡的交叉。的潜力，振荡周期，功率谱，和振荡的临界Ra的固有频率都在一个因素的3的模型预测的瑞利数范围$8\times10^7 \le Ra \le 3\times 10^9$。然而，这些模型参数的不确定性太大，无法正确预测系统在给定Ra下是处于欠阻尼状态还是过阻尼状态。该模型在预测的潜力和流动模式的立方细胞的成功表明，这种建模方法可以更普遍地应用于不同的细胞几何形状，支持一个单一的对流辊。
2020-06-16 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
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
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
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
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
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
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
Prandtl-, Rayleigh-, and Rossby-number dependence of heat transport in turbulent rotating Rayleigh-Benard convection
实验和数值数据的传热作为一个功能的瑞利，普朗特，和Rossby数在湍流旋转瑞利-贝纳德对流。对于相对小的$Ra ~ 10^8$和大的Pr，适度的旋转可以将传热提高高达30%。在较大的Ra有较少的传热增强，并在小Pr = 0.7。根本没有传热增强。我们认为，小Pr的行为是由于故障的传热增强Ekman泵，因为更大的热扩散。
2008-11-04 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
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
Describing the Heat Transport of Turbulent Rayleigh--Bénard Convection by POD methods
Rayleigh-Bénard对流是由浮力引起的封闭在两个水平板之间的流体运动，是研究热对流的理想设置。我们通过计算数值数据的正交分解（POD）来分析板之间传输最多热量的模式。而不是通常的POD anastomosis找到最好的描述能量的模式，我们提出了一种方法，这是最佳的描述热传输。由此，我们可以确定对对流单体中的热传输和相干结构有主要影响的模式。我们还表明，在低维预测的数值对流数据，新开发的模式执行一致优于标准模式。然后，我们使用这种方法来分析的主要模式，三维对流在圆柱形容器以及二维对流与不同的瑞利数和不同的纵横比。
2015-10-23 physics.flu-dyn
Connecting wall modes and boundary zonal flows in rotating Rayleigh--Bénard convection
使用直接的数值模拟，我们研究旋转瑞利-贝纳德对流在一个圆柱形细胞的瑞利，埃克曼，普朗特数从壁模式的发病到地转制度，一个非常重要的地球物理和天体物理背景下的广泛范围。我们通过长度和时间尺度的连续性和对流热传输的边界纬向流，与湍流体对流在地转制度共存的散装对流发病前发生的线性壁模式状态。我们定量崩溃漂移频率，边界长度，和热输运数据从众多来源在许多数量级的瑞利和埃克曼数。阐明壁面模式和边界纬向流的热输运贡献对于表征有限物理容器中旋转对流的地转制度的性质至关重要，并且对于将实验室对流的地转制度与地球物理和天体物理系统连接起来至关重要。
2021-09-13 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
Rayleigh fractionation in high-Rayleigh-number solutal convection in porous media
本文研究了两组分在混合气体和饱和对流多孔层之间的分馏。地质二氧化碳（CO $_2$）存储的动机，我们假设对流仅由第一个组件的溶解浓度驱动，而第二个作为示踪剂与扩散性增加。在高瑞利数对流的直接数值模拟表明，分区的组件，在一般情况下，不遵循瑞利分馏的趋势，因为通常假设。最初，示踪剂扩散率的增加也会增加其通量，因为扩散性边界层更深地渗透到流动中。然而，对于$D_2\geq 10\, D_1$，其中$D_1$和$D_2$分别是CO $_2$和示踪剂在水中的扩散系数，示踪剂在上升和下降羽流之间的横向泄漏降低了示踪剂通量。组分之间的瑞利分馏仅在两种气体的溶解度和气体中的初始浓度差异非常大的情况下实现。
2018-01-09 physics.flu-dyn
Heat transfer enhancement and reduction by poylmer additives in turbulent Rayleigh Benard convection
这封信证实了存在的传热增强（HTE）和减少（HTR）在湍流自然对流与聚合物添加剂。热膨胀系数和高温气冷比是由Benzi等人数值预测的。(PRL，104，024502，2010），但Ahlers和Nikolaenko（PRL，104，034503，2010）在湍流自然对流中的实验仅观察到HTR。使用直接数值模拟的自然对流，本研究调和较早的数值和实验工作的基础上的聚合物长度的聚合物动力学在拉伸流动中的主导作用。
2010-09-02 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
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
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
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
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
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
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
Bounds for rotating convection at infinite Prandtl number from semidefinite programs
数值计算了无限普朗特数下无滑移和无应力边界条件下旋转对流的极向和环向动能和热输运边界。在此计算中调用的约束是线性或二次的问题变量，并导致制定一个半定规划。在泰勒数固定的情况下，边界定性地表现为瑞利数的函数，与有界的量相同。当Rayleigh数小于对流发生的临界Rayleigh数时，边界为零;当Rayleigh数大于对流发生的临界Rayleigh数时，边界随Rayleigh数的增加而迅速增大;当Rayleigh数较大时，边界随Rayleigh数的增加而缓慢增大。如果瑞利数的依赖关系近似的幂律，一个获得更大的指数从边界上的努塞尔数瑞利数刚开始比从实际的努塞尔数依赖已知的大，但有限的普朗特数。线性不稳定模式的波长在对流开始出现作为一个相关的长度尺度的界限。
2022-08-28 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
Rayleigh-Darcy convection in a porous layer: A comparison of near-critical and normal fluid phases
研究了多孔介质层内流体在热力学临界点附近的重力驱动对流（瑞利-达西对流）。温度略高于临界温度的流体是单组分流体。分析了描述均匀孔隙率下固体基质中变物性高可压缩流体相的流体动力学模型。近临界流体被假定为范德华气体。在Oberbeck-Boussinesq近似适用的密度和热力学系数的小变化的限制下，获得了分层效应下的关键相似准则的相关关系。这些关系将模型参数（出现在无量纲控制方程中的Rayleigh-Darcy数和Prandtl数）与相似准则（实际上表征对流的真实Rayleigh-Darcy数和Prandtl数）联系起来。在Oberbeck-Boussinesq近似有效的条件下，数值模拟了稳定阈值附近的稳态Rayleigh-Darcy对流。一组解决方案进行了分析，使用的相关关系，导致在一个普遍的依赖性的校正努塞尔数的真实瑞利-达西数描述的一条曲线。将近临界流体的对流与正常流体的对流进行了比较。在边界处的温度差对应于对流开始，并取决于史瓦西和瑞利准则进行了分析。在临界点附近，临界温差与固体基体无关，仅由流体相的临界绝热温度梯度决定。
2010-01-25 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
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
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
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
Asymptotic Behavior of Heat Transport for a Class of Exact Solutions in Rotating Rayleigh-Bénard Convection
快速旋转Rayleigh-Bénard对流的非静力准地转近似允许一类精确的“单模”解。这些解决方案对应于稳定的层流对流与一个可分离的结构组成的一个水平的平面形状，其特征在于由一个单一的波数乘以一个垂直的振幅分布，后者作为一个非线性边值问题的解决方案。与这些解决方案相关的热输运的制度，研究强热强迫（大约化瑞利数$\widetilde{Ra}$）。它表明，努塞尔数$Nu$，对流传热效率的无量纲措施，这类解决方案是有界的$Nu\gtrsim \widetilde{Ra}^{3/2}$，独立的普朗特数，在大的限制减少瑞利数。匹配上界仅包括对数校正，显示估计的准确性。竖向结构的非线性边值问题的数值解与解析界一致。
2014-08-16 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-Blasius temperature and velocity boundary layer profiles in turbulent Rayleigh-Bénard convection
在Rayleigh数范围$10^8\lesssim Ra\lesssim3\times10^{11}$和Prandtl数范围$0.7\lesssim Pr\lesssim5.4$内，对水平导热平板附近湍流Rayleigh-Bénard对流的速度和温度分布进行了数值和实验研究.结果表明，温度和速度分布与经典的Prandtl-Blasius层流边界层分布吻合得很好，如果将它们分别在随瞬时温度和速度边界层厚度波动的动力学参考系中重新采样的话.
2010-02-06 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
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
Turbulent Rayleigh-Bénard convection described by projected dynamics in phase space
Rayleigh-Bénard对流，即由温度梯度驱动的两个平行板之间的流体流动，是研究热对流的理想设置。特别感兴趣的是湍流温度场的统计数据，我们正在研究和比较三种不同的几何形状，即在三维和二维周期性水平边界条件下的对流以及圆柱形容器中的对流，以找出相似性和差异。为此，我们推导出一个精确的温度概率密度函数（PDF）的演化方程。未封闭项表示为速度和热扩散的条件平均值，其从直接数值模拟估计。这个框架让我们通过揭示对流单体不同部分不同温度流体的平均演化来识别流体粒子的平均行为。我们将统计数据与Rayleigh-Bénard对流的动力学联系起来，从而更深入地了解温度统计和传输机制。我们发现，平均行为描述的封闭循环相空间，重建典型的Rayleigh-Bénard循环的流体加热的底部，上升到顶板，冷却下来，再次下降。详细的行为显示了这三种情况之间的细微差异。
2015-08-17 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
Rayleigh-Bénard convective motion of stratified fluids in the Earth's troposphere
本研究基于Boussinesq近似推导了地球对流层无界与有界区域的Rayleigh-Bénard对流波色散关系，发现两种情况的不稳定性条件显著不同，并分析了临界Rayleigh数和热波不稳定性增长率。
2025-01-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
High Rayleigh number convection with double diffusive fingers
电沉积池用于维持池的顶部边界和底部边界之间的水溶液中的铜离子的不稳定浓度差。由此产生的对流运动类似于高普朗特数下的瑞利-贝纳德对流。此外，在整个电池上施加稳定的温度梯度。即使热浮力比化学浮力小两个数量级，弱稳定梯度的存在对对流模式也有深远的影响。所有病例均出现双扩散指。这些指状物的尺寸和流速与单元的高度无关，但它们取决于顶部和底部边界之间的离子浓度差以及施加的温度梯度。的缩放的质量传输是兼容与以前的结果双扩散对流。
2010-06-16 physics.flu-dyn
Connecting Lyapunov Vectors with the Pattern Dynamics of Chaotic Rayleigh-Bénard Convection
我们探索瑞利-贝纳德对流的混沌动力学实验条件下使用大规模，并行数值模拟。我们量化的时空动态的领先顺序李雅普诺夫向量和不同的措施的流场模式的拓扑结构和动态之间的连接。我们使用一系列模式诊断来描述流场结构的时空特征，其中包括许多用于描述对流的传统诊断以及一些定制的诊断来捕获模式的动态。使用精度召回曲线，我们量化的模式诊断和区域之间的复杂关系，其中的领先阶李雅普诺夫向量的幅度是显着的。
2018-10-22 physics.flu-dyn
Search for the "ultimate state" in turbulent Rayleigh-Bénard convection
测量的努塞尔数$Nu$和温度变化$ΔT_b$在体相流体中的圆柱形样品的湍流瑞利-贝纳德对流。它们涵盖了瑞利数范围$10^{9} \alt Ra \alt 3\times 10^{14}$，使用He（普朗特数$Pr = 0.67$）、N $_2$（$Pr = 0.72$）和SF $_6$（$Pr = 0.79$至0.84），压力高达15 bar，接近环境温度。样品的高度为$L=2.24$ m，直径为$D = 1.12$ m，位于德国哥廷根的马克斯·普朗克动力学和自组织研究所的一个新的高压对流设施（HPCF）中。这些数据并没有显示出向Chavanne等人报告的"极限状态"的转变，并且与Niemela等人的测量结果一致。
2009-04-16 physics.flu-dyn
Crossover of the relative heat transport contributions of plume ejecting and impacting zones in turbulent Rayleigh-Bénard convection
湍流热对流的特点是形成大尺度结构和强烈的空间不均匀性。本文研究了大尺度羽流喷射与羽流影响区在湍流瑞利-贝纳德对流中的相对热输运贡献。基于直接数值模拟的二维（2-D）的问题，我们表明存在一个交叉的壁热传输从最初的影响为主，最终喷射为主的瑞利数为$Ra\approx 3 \times 10^{11}$。这与在较低Ra的3-D对流中观察到的趋势一致，因此我们预计在那里也会发生类似的交叉。我们确定了一个湍流混合区的发展，连接到热羽流排放，作为交叉的主要机制。混合区逐渐垂直和水平延伸，因此对整个热传递变得越来越占主导地位。
2021-04-08 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
Fine vortex structure and flow transition to the geostrophic regime in rotating Rayleigh-Bénard convection
我们提出了旋转瑞利-贝纳德对流的柱状涡结构的空间分辨测量。分析了涡旋的方位角速度$u_ϕ(r)$和垂直涡量$ω(r)$的定标径向剖面，并与渐近理论的预测进行了比较。结果表明，在地转对流区，渐近理论能较准确地预测$u_ϕ(r)$和$ω(r)$，但在弱旋转区，需要对渐近理论进行扩展，以解释实验数据的旋转依赖性。我们对涡旋的平均速度、涡度和涡罩结构强度的测量都表明了从周旋转对流到地转对流的流动转变。过渡的参数值的结果与以前的传热测量得到的标度关系一致。
2019-07-25 physics.flu-dyn
Multi-scale steady solution for Rayleigh-Bénard convection
通过使用来自Motoki等人给出的壁到壁最佳传输解的同伦，我们已经找到了具有恒定温差的水平板之间的三维周期区域中Rayleigh-Bénard对流的Boussinesq方程的多尺度稳态解（J. Fluid Mech.，2004）。第851卷，2018，R4）。的连接稳定的解决方案，这原来是一个后果的分歧，从热传导状态在瑞利数$Ra\sim10^{3}$，跟踪到$Ra\sim10^{7}$通过使用牛顿Krylov迭代。精确相干热对流具有尺度$Nu\sim Ra^{0.31}$（其中$Nu$是Nusselt数）以及多尺度热羽流和涡旋结构，这与湍流Rayleigh-Bénard对流中的热羽流和涡旋结构非常相似。平均温度廓线和温度、速度脉动的均方根值与湍流状态的温度廓线和速度脉动的均方根值吻合得很好。此外，能量谱遵循Kolmogorov的-5/3标度律，具有一致的前因子，并且能量传递到波数空间中的较小尺度与湍流能量传递一致。
2020-04-15 physics.flu-dyn
High-Rayleigh-number convection in porous-fluid layers
我们提出了一个数值研究的对流水平层，包括流体饱和多孔床覆盖的无压流体层。对流是由一个垂直的，不稳定的温度差施加在整个系统，在典型的瑞利-贝纳德问题。数值模拟进行了使用单域制定的两层问题的基础上的Darcy-Brinkman方程。我们探讨的动力学和热通量通过系统的限制，大瑞利数，但小达西数，使流动表现出强烈的对流在多孔和无约束流体区域，而多孔流仍然保持强烈的限制和达西定律。我们表明，系统的热通量和平均热结构可以预测使用以前的结果在个别流体或多孔层的对流。我们重新讨论了亚临界“穿透对流”在多孔介质中的作用的争议，并确认，这种诱导流不有助于通过系统的热通量。最后，我们简要地研究了这两个层之间的时间耦合，并发现，湍流流体对流上述作为一个低通滤波器的较长的时间尺度上的变化的对流在多孔层。
2021-05-06 physics.flu-dyn
Flow states in two-dimensional Rayleigh-Bénard convection as a function of aspect-ratio and Rayleigh number
在二维Rayleigh-Bénard对流的数值研究中，我们考虑纵横比为$0.23 \leq Γ\leq 13$的$10^7 \leq Ra \leq 10^{12}$。我们专注于几个案例。首先，我们考虑小的纵横比细胞，在高Ra数，我们发现一个急剧的过渡，从低Ra数分支向高Ra数分支，由于流动结构的变化。随后，我们表明，热输运的影响的纵横比随着纵横比的增加而减少，虽然即使在非常大的纵横比的$Γ\approx10$的变化高达2.5%的热输运作为一个函数的Γ观察。最后，我们观察到长寿命的瞬态至少达到$Ra=10^9$，因为在某些纵横比的细胞中，我们观察到不同的流动状态，这些状态在数千个周转时间内是稳定的。
2012-07-03 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
