Inclined turbulent thermal convection in liquid sodium
基于测量和高分辨率数值模拟的结果，研究了极小普朗特数流体中由大瑞利数引起的倾斜湍流热对流。实验中考虑的普兰特数$Pr\approx0.0093$以及直接数值模拟（DNS）中考虑的大涡模拟（LES）和$Pr=0.0094$对应于实验中使用的液体钠。同样相似的是所研究的瑞利数，它们分别是DNS中的$Ra=1.67\times10^7$、LES中的$Ra=1.5\times10^7$和测量中的$Ra=1.42\times10^7$。工作对流单元是具有相等高度和直径的圆柱体，其中一个圆形表面被加热，另一个被冷却。圆柱体轴线相对于垂直方向倾斜，倾斜角从对应于瑞利-贝纳德构型（RBC）的$β=0^\circ$变化到对应于垂直对流（VC）装置的$β=90^\circ$。湍流的热量和动量传输以及时间平均和瞬时流结构及其演变的时间进行了详细研究，对于不同的倾角，并说明了补充视频，从DNS和实验数据。为了研究RBC和VC组态极限情况下的平均热量和动量输运的标度关系，对$Ra=10^7$和$Pr\approx0.009$周围大约十年的瑞利数进行了额外的测量。对于低$Pr$倾斜热对流中的湍流热输运，基于上述模拟和测量以及对$Ra=1.67\times10^6$，$Pr=0.094$和$Ra=10^9$，$Pr=1$的补充DNS，提出并分析了相同$RaPr$值的全局流动特性的相似性。
2019-04-03 physics.flu-dyn
Transition to the ultimate regime of turbulent convection in stratified inclined duct flow
University of Twente（特温特大学）；Imperial College（帝国理工学院）；University of Rome ‘Tor Vergata’（罗马托维加塔大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究通过DNS揭示了分层倾斜管道流在高湍流 regime 中的转变，发现Nu ~ Ra^1/2的输运增强，并揭示了临界条件下的速度剖面和非正常非线性过渡特性。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Local and global bifurcations to large-scale oblique patterns in inclined layer convection
California Institute of Technology（加州理工学院）
通过研究倾斜层对流系统中大尺度斜纹图案（SDP）的线性不稳定性、周期轨道的全局同宿分岔以及吸引域边界，揭示了其形成机制和动力学。
2025-11-20 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Thermal Waves and Heat Transfer Efficiency Enhancement in Harmonically Modulated Turbulent Thermal Convection
我们研究了瑞利数为4 E8 < Ra <2 E12的40年的湍流瑞利-贝纳德对流，同时对我们圆柱形单元的板的温度进行谐波调制。我们探测的流动放置在细胞内部的温度传感器和嵌入在高导电铜板和检测热波传播调制频率在大部分的对流。我们证实了最近的数值预测[PRL 125，154502（2020）]的努塞尔数的显着增强，并报告其依赖于板的温度调制的频率和幅度。
2021-10-19 physics.flu-dyn
Evaporation of sessile ethanol-water droplets on a highly inclined heated surface
实验研究了乙醇-水二元液滴在倾斜衬底上的蒸发过程，在临界滑动角以下，不同衬底温度下的蒸发过程。使用配备有CMOS相机和红外（IR）相机的定制测角仪。在蒸发过程中，液滴被观察到保持钉扎在前进侧，而后退侧收缩。倾斜基板上的液滴的前进和后退接触角的不对称性导致通过IR图像捕获的复杂的热溶质Marangoni对流。液滴在蒸发的早期阶段在前进的接触线周围表现出两个不同的振荡的富水冷区，而更易挥发和更轻的乙醇在后退侧附近产生更热和快速蒸发的单元。当乙醇蒸发掉时，富含乙醇的细胞崩溃，沿着斜面产生热脉动。随后，热模式变得类似于纯水滴的热模式。研究还发现，热溶质驱动的振荡对流随衬底温度的升高而增加。尽管在对流动力学的复杂性，蒸发速率表现出在归一化时间在不同的基板温度，可以表示为分段线性拟合在蒸发的早期和后期阶段的普遍行为。
2020-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Robustness of heat-transfer in confined inclined convection at high-Prandtl-number
我们调查的依赖性的对流细胞作为其倾斜度的函数，通过实验和模拟的热量传递的大小。进行研究的工作流体的大普朗特数，$Pr \simeq 480$，并在瑞利数$Ra \simeq 10^{8}$和$Ra \simeq 5 \times 10^{8}$在一个准二维的矩形单元与单位纵横比。通过改变对流单体的倾角（$β$），流动的特征可以从$β= 0^o$的中等湍流变为$β= 90^o$的层流和稳定。被发现的全球热传递是不敏感的湍流强度的急剧减少，与最大的相对变化的顺序$20\%$在$Ra \simeq 10^{8}$和$10\%$在$Ra \simeq 5 \times 10^{8}$，而雷诺数的基础上的全球均方根速度，强烈影响的衰减超过$85\%$发生在层流制度。我们表明，在湍流状态下的热通量的强度可以通过建立一个大规模的循环流动，通过小的倾角只有微弱的增强。另一方面，在层流状态下，热量仅由缓慢的大尺度循环流传输，该循环流在速度场和温度场之间表现出大的相关性。当倾斜角接近类顺磁状态和层流状态之间的过渡区时，观察到准周期热流爆发现象。
2018-09-04 physics.flu-dyn
Inclined wall plumes in porous media
本文给出了斜壁羽流自然对流的数值解。斜壁羽流是由埋置在绝热板前缘的线热源引起的，线热源具有任意的倾角，并埋置在流体饱和多孔介质中。提出了一种适当的控制边界层方程的变换，并提出了一种非常有效的新的数值解，以获得严格的数值解的变换后的非相似方程在很宽的范围内的倾斜角从垂直到水平。
2014-03-09 physics.flu-dyn
Non-Boussinesq stability analysis of natural-convection gaseous flow on inclined hot plates
本文通过非Boussinesq稳定性分析，研究了倾斜热平板上气体自然对流边界层中倾角和温度比对临界格拉晓夫数及不稳定模态的影响，发现非Boussinesq效应显著拓宽了展向行波占主导的倾角范围。
2024-06-27 physics.flu-dyn
Periodically modulated thermal convection
许多自然界和工业界的湍流都受到与时间有关的边界条件的约束。尽管是普遍存在的，时间调制（频率$f$）对全球输运性质的影响几乎没有研究。在这里，我们进行数值模拟的瑞利-贝纳德（RB）对流与时间周期性调制的温度边界条件，并报告如何这种调制可以导致显着的热通量（Nusselt数$\rm{Nu}$）增强。利用Stokes热边界层的概念，我们可以解释Nu增强的起始频率和Nu最大时的最佳频率，以及它们如何依赖于瑞利数Ra和普朗特数$\rm{Pr}$。由此，我们在3D参数空间（$f$，$\rm{Ra}$，$\rm{Pr}$）中构建相图，并识别：（i）调制太快而无法影响$\rm{Nu}$的机制;（ii）中等调制机制，其中$\rm{Nu}$随着$f$的减小而增大;以及（iii）慢调制机制，其中$\rm{Nu}$随着$f$的进一步减小而减小。我们的研究结果提供了一个框架，以研究其他类型的湍流与时间相关的强迫。
2020-04-29 physics.flu-dyn
Dynamical and statistical phenomena of circulation and heat transfer in periodically forced rotating turbulent Rayleigh-Benard convection
在本文中，我们提出的结果，从实验研究到湍流瑞利-贝纳德对流强迫外部周期性调制的单向旋转速率。我们发现大尺度环流的方位角旋转速度$\dotθ$（t）和热振幅$δ$（t）受到强迫的调制，表现出多种动力学特征，包括相位延迟的增加和$\dotθ$（t）振幅的共振峰。我们还专注于调制的旋转速率的随机停止/重定向事件的发生频率$η$的影响，以及这些事件和周期性调制的响应$\dotθ$（t）之间的相互作用。在这里，我们确定了一种机制，其中$η$可以被放大的调制响应和这些正常的随机事件可以发生高的规律性。我们提供了一个建模框架，解释所观察到的幅度和相位响应，并扩展这种方法，使停止事件的发生和概率分布的$\dotθ$（t）和$δ$（t）在调制周期的不同阶段的预测，基于绝热的方法，分别对待每个阶段。最后，我们表明，这种周期性的强迫有影响LSC动力学以外的后果，通过调查它如何可以修改的热传输，即使在条件下，埃克曼泵效应是占主导地位的，强烈增强的热传输发生。我们确定的相位和振幅响应的热传输，并显示如何增加调制的平均努塞尔数的影响。
2016-09-13 physics.flu-dyn
Stability of convective rolls in a horizontal layer rotating about an inclined axis
该研究分析了倾斜轴旋转水平层中Boussinesq对流的滚柱稳定性，证明临界瑞利数与水平旋转分量无关，且数值模拟显示增大水平旋转分量可增强滚柱在非线性区的稳定性。
2023-12-23 nlin.PS physics.flu-dyn
Whirling Hexagons and Defect Chaos in Hexagonal Non-Boussinesq Convection
我们研究六边形图案在非Boussinesq对流的薄旋转层的水。对于现实的参数和边界条件，我们确定各种线性不稳定性的模式。我们专注于从振荡边带不稳定，导致一个空间无序的混沌状态，其特征在于振荡（旋转）六边形的动力学。使用三角形，我们得到的分布函数的五边形和七边形对流单体的数量。在复杂的金斯堡-朗道方程和倾斜层对流的缺陷混沌的结果相比，分布函数可以显示偏离的平方泊松分布，建议非平凡的缺陷之间的相关性。
2003-07-25 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Origin of the Temperature Oscillation in Turbulent Thermal Convection
本文对圆柱形Rayleigh-Bénard对流单体中低频温度振荡的三维空间结构进行了实验研究。研究发现，热羽流不是周期性地从顶板和底板发射，而是随机和连续的。我们进一步发现，温度场的振荡并不起源于边界层，而是热的上升流体和冷的下降流体的水平运动被整体流场的扭转和晃动运动调制的结果。
2008-11-18 physics.flu-dyn
Large-scale mean flow and inclination of isolated turbulent band in channel flow
针对转捩槽道流中孤立湍流带的结构与倾角维持机制，研究发现其头部ν形涡延伸形成反向涡管对，二者对流速度差提供恢复角动量以自调整维持特征倾角。
2023-10-05 physics.flu-dyn
In-situ Thermal Transport Measurement of Flowing Fluid using Modulated Photothermal Radiometry
流动流体的原位热传输测量对于诸如流体换热器和热能存储系统等实际热系统的表征和诊断是有用的。尽管关于非原位测量静止流体导热系数的报道很多，但对于流动流体导热系数的测量却鲜有报道。本文提出了一种非接触式调制光热辐射测量技术（MPR），利用强度调制激光加热管道表面，并以适当的调制频率将热量扩散到流体中，测量管道内流动流体的导热系数。我们设计了一个小的壁厚适合MPR测量的管段，以最大限度地提高流体性质的热响应的灵敏度，同时最大限度地减少横向热扩散效应。在适当的频率和流速范围内，在强迫对流效应可以忽略不计的情况下，得到了不同流体的本征导热系数。在高流速和低调制频率下，强迫对流效应变得显著，导致高估流体的导热系数。结果表明，对于去离子水和Xceltherm油，在特定的实验条件下，当流速小于100 mm/s，Re_D为雷诺数，Pr为普朗特数时，可以得到本征热导率。
2021-04-30 physics.app-ph physics.flu-dyn
Fixed-flux Rayleigh-Bénard convection in doubly periodic domains: generation of large-scale shear
本文结合数值延拓、次级不稳定性分析和直接数值模拟，研究双周期二维固定通量 Rayleigh–Bénard 对流，揭示电梯模态失稳如何产生大尺度剪切及不同 Prandtl 数下的分岔与混沌路径。
2023-12-10 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
Rayleigh-Bénard convection with uniform vertical magnetic field
我们提出了直接数值模拟的瑞利-贝纳德对流的存在下，一个均匀的垂直磁场附近的不稳定性开始的结果。我们已经在水平平面上的方形和矩形横截面的盒子中进行了模拟。我们已经考虑了水平纵横比$η= L_y/L_x =1$和$2$。在垂直磁场的存在下，$η=1$的初级和次级不稳定性的发生被强烈抑制。努塞尔数$\mathrm{Nu}$与瑞利数$\mathrm{Ra}$成比例，接近于主要的不稳定性，如$[\mathrm{\{Ra - Ra_c (Q)\}/Ra_c (Q)} ]^{0.91}$，其中$\mathrm{Ra_c (Q)}$是在给定的拉塞卡数$\mathrm{Q}$值时稳定对流开始的阈值。$\mathrm{Nu}$也可与$\mathrm{Ra/Q}$按比例缩放为$(\mathrm{Ra/Q})^μ$。指数$μ$在$\mathrm{Ra/Q} \ge 25$的$0.39 \le μ\le 0.57$范围内变化。正如Escherasekhar所预测的那样，主要的不稳定性是稳定的。二次不稳定性是时间周期的$\mathrm{Pr}=0.1$，但准周期的$\mathrm{Pr} = 0.025$为中等值的$\mathrm{Q}$。对流模式的$\mathrm{Ra}$值较高的周期性，准周期性和混乱的波浪卷以上的$η=1$的二次不稳定的发病。此外，随着$\mathrm{Ra}$的进一步升高，还观察到了固…
2014-09-09 physics.flu-dyn
Marangoni Convection-Driven Laser Fountains and Waves on Free Surfaces of Liquids
人们普遍认为，从低表面张力区域向外的Marangoni对流将使表面凹陷。在这里，我们报告说，这种既定的看法是只适用于薄液膜。使用表面激光加热，我们表明，在深层液体中，激光束实际上拉起了自由表面以上的流体产生不同形状的喷泉。而随着液体深度的降低，观察到从喷泉到压痕的过渡，并观察到喷泉压痕。此外，高速成像揭示了稳定的海拔形成之前的瞬态表面过程，这种动态变形随后被用来通过调制激光束共振激发巨表面波。计算流体动力学模型揭示了底层的流动模式，并量化了与深度相关的和时间分辨的表面变形。我们的发现和技术已经颠覆了百年的看法，并开辟了一个新的跨学科的研究和应用的马兰戈尼诱导界面现象和optocapillary流体表面的控制与光。
2021-03-25 physics.flu-dyn
Natural convection in a vertical channel. Part 2. Oblique solutions and global bifurcations in a spanwise-extended domain
针对垂直通道自然对流系统，基于Oberbeck-Boussinesq方程用动力系统方法研究完全非线性动力学，揭示D4对称引发的多分支同时局部分岔及两种全局分岔，凸显动力系统理论的流体力学应用价值。
2024-09-04 nlin.CD nlin.PS physics.flu-dyn
Temporal modulation on mixed convection in turbulent channels
本文通过直接数值模拟研究时间调制壁温对Poiseuille-Rayleigh-Bénard通道混合对流的影响，发现低频调制形成稳定分层并显著增强传热，高频调制主要影响近壁区，并揭示了不同频率下湍动能产生机制的差异。
2025-03-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Large-scale dynamos in rapidly rotating plane layer convection
内容：对流驱动的流动在发电机过程中起着至关重要的作用，发电机过程是恒星和行星产生磁场活动的原因。为什么许多天体物理学上的磁场都有一个显著的大尺度分量，这一点仍然没有完全弄清楚。目的：我们的目的是研究可压缩对流在快速旋转的笛卡尔域的发电机性能，专注于一个参数制度，其中底层的流体动力学流动是已知的是不稳定的大规模涡不稳定。方法：数值求解三维非线性磁流体动力学（MHD）控制方程。不同的数值方案进行了比较，我们提出了一个可能的基准情况下，其他类似的代码。结果：与以前的相关研究一致，我们发现在这个参数区的对流可以驱动一个大规模的发电机。平均水平磁场的分量振荡，导致平均场的连续整体旋转。虽然大规模的旋涡不稳定性占主导地位的系统的早期演变，它被抑制的磁场，使一个可以忽略不计的平均电动势，负责驱动大型发电机。发电机的循环周期与欧姆衰减时间相当，对流系统中发电机的循环周期更长，更接近于开始。在这些特定的模拟中，只有当在上下边界处采用垂直磁场边界条件时，才发现大规模的发电机作用。强调制的大规模发电机被发现在较高的瑞利数，减少活动（“大极小”的事件）发生在瞬态阶段，其中大规模的漩涡暂时重新建立自己，然后再次被抑制的磁场。
2018-01-15 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
In-situ Thermophysical Measurement of Flowing Molten Chloride Salt Using Modulated Photothermal Radiometry
本文首次采用调制光热辐射法（MPR）原位测量流动熔融NaCl-KCl-MgCl₂盐的热导率，在520°C和580°C、流速0.3-1.0 m/s下测得相对变化，并估算传热系数，展示了MPR作为高温HTFs原位诊断工具的潜力。
2023-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.flu-dyn
Instability of small-amplitude convective flows in a rotating layer with stress-free boundaries
我们认为稳定的对流在一个水平层的无应力边界，加热下面和旋转的垂直轴，在Boussinesq近似（瑞利-贝纳德对流）的稳定性。所考虑的流动是对流卷或正方形单元，后者渐近等于相同波数k的两个正交卷的和。我们假设瑞利数R接近于临界值R_c（k），即该波数的对流开始时的值：R=R_c（k）+ ε ^2;对流的振幅为λ的量级。我们表明，流动总是不稳定的扰动，这是一个大规模的模式，不涉及小尺度的总和，和两个大规模的模式，调制由原来的轧辊旋转相等的小角度在相反的方向。不稳定性的最大增长率为max（k ^{8/5}，（k-k_c）^2）的数量级，其中k_c是对流开始的临界波数。
2006-01-11 physics.flu-dyn
Effect of time-dependent sinusoidal electric field on the onset of electroconvection in a viscoelastic fluid layer
本文研究正弦电场调制下Oldroyd-B粘弹性流体层的电对流起始，揭示低频调制、应力松弛和介电泳力促进失稳，而中高频及应变延迟则起稳定作用。
2024-12-30 physics.flu-dyn
