Limiting regimes of turbulent horizontal convection. Part I: Intermediate and low Prandtl numbers
我们报告存在两个新的限制湍流制度在水平对流（HC）使用直接数值模拟在中低普朗特数。沿水平表面的水平梯度驱动的流动，垂直于重力的重力加速度被证明是过渡到湍流的羽流和核心，修改的热量和动量的传输率。这些转变设定了一系列的标度律，将Shishkina，Grossmann & Lohse（SGL）理论与Hughes，Griffiths & Mullarney（HGM）理论的理论论点混合在一起。这些结果嵌入在SGL理论的HGM模型，同意，并在高瑞利数水平对流的已知状态图扩展。特别是，我们表明，HC和瑞利-贝纳德共享相似的湍流特性在低普朗特数，HC是第一次被其核心动力学和湍流边界层。这种新的情况下证实，充分湍流HC增强运输的热量和动量相对于以前报道的制度在高瑞利数。这项工作提供了新的见解水平对流地球物理流动，如在大气中发现的翻转环流，海洋和地球内核附近的流动的适用性。
2020-04-30 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
Limiting regimes of turbulent horizontal convection. Part II : Large Prandtl numbers
水平对流（HC）在大瑞利数和普朗特数，实验研究的制度高达7个数量级的瑞利数比以前实现的。为了达到瑞利高达$10^{17}$，水平密度梯度是使用差分溶质对流产生的差分输入的盐和淡水控制扩散在一个新的实验中，水的零净质量通量是通过渗透膜确保。这种设置允许通过仔细控制通过膜交换的盐水的量来精确测量溶质对流中的努塞尔数。在瑞利数的五个数量级以上的密度和速度的组合测量表明，流动从Beardsley和Festa制度过渡到Chiu-Webster等人的制度，并在Shishkina等人的范围内框架目前的结果。以及同伴纸理论。特别是，我们表明，即使是大普朗特数，流通最终集群下的强迫水平边界离开分层核心没有运动。最后，以前的政权图相结合的结果在高普朗特数，结果在低普朗特数的同伴纸，连同以前的结果从文献中延伸。这项工作设置了一个新的图片跨越6个数量级的普朗特数和16个数量级的瑞利数的水平对流的过渡景观。
2020-04-30 physics.flu-dyn
Effect of Horizontal Spacing on Natural Convection from Two Horizontally Aligned Circular Cylinders in Non-Newtonian Power-Law Fluids
对无约束幂律流体中两水平排列等温圆柱的层流自然对流进行了数值研究。水平间距（0<=（S/D）<=10）对动量和传热特性的影响已在以下相关参数下描述：Grashof数（10<=Gr<= 1 e ~ 3）、Prandtl数（0.71<=n<=100）和幂律指数（0.4<=n<=1.6）。的热传递特性阐明的等温线，局部努塞尔数（Nu）分布和平均努塞尔数值，而流动特性的流线，压力等值线，局部分布的压力阻力和皮肤的摩擦阻力系数以及总阻力系数值的解释。平均努塞尔数与Gr和Pr均呈正相关，而与幂律指数n呈负相关。总的来说，剪切稀化（n<1）流体行为促进对流，而剪切增稠（n>1）行为阻碍对流，参照牛顿流体（n=1）。此外，由于烟囱效应的形成，传热量随着水平间距（S/D）的减小而增大，并在最佳间距处达到最大值，而随着S/D的进一步减小，传热量显著下降。最后，Nu的相关性已经开发，这可以是有用的学术研究人员和实践工程师。
2019-06-26 physics.flu-dyn
Thermal interaction between free convection and forced convection along a vertical conducting wall
本文从理论上研究了不同温度下垂直有限壁面上强迫对流与自由对流的耦合换热。壁面内的热传导是横向的，在壁面两侧形成逆流的边界层。通过非相似变换，将问题的控制方程及其相应的边界条件转化为无量纲形式。这些所得的方程与多个奇点数值求解使用一个非常有效的奇异摄动方法。研究了阻力参数和普朗特数对传热特性的影响。
2015-09-12 physics.flu-dyn
Horizontal velocity field near the hot plate in turbulent natural convection
我们研究的速度场在水平（x-y）平面上的热板1.5毫米以上的湍流自然对流，使用PIV在瑞利数Raw=106和普朗特数Pr=5.2。测量平面位于根据自然对流边界层方程[7]估算的速度边界层内，以及由于大尺度流动[2，5]而导致的速度边界层内。边界层由线羽流组成，线羽流之间有下沉流体。从下沉流体中心到线羽流的瞬时速度变化被发现偏离经典的Prandtl-Blasius层流边界层轮廓，这被GL理论假定为边界层的性质[2，5]。计算结果与自然对流边界层廓线吻合较好。时间平均的平均速度变化偏离自然对流和Blasius型配置文件的预期，因为它取决于线羽的方向。我们的测量结果证明了在线状羽流两侧存在自然对流边界层的理论[10]。
2014-04-04 physics.flu-dyn
Amplitude equations for 3D double-diffusive convection interacted with a horizontal vortex
研究了水平无限大不可压缩液体层中三维滚型双扩散对流在Hopf分岔点附近的运动。用多重尺度法导出了对流卷振幅变化的振幅方程组。研究了对流与水平涡的相互作用。不同的情况下导出的方程进行了讨论。
2009-10-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Suppression of Rayleigh-Bénard convection and restratification by horizontal convection
Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所）；Jacobs School of Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院）
研究水平对流与雷诺-贝纳尔对流的竞争，发现水平对流可使垂直浮力梯度反转，从而抑制对流并实现再层化，提出两种状态的标度律。
2026-03-24 physics.flu-dyn
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
Local Lorentz force and ultrasound Doppler velocimetry in a vertical convection liquid metal flow
我们报告的速度测量在垂直湍流对流流动细胞，是由使用本地洛伦兹力测速仪（LLFV）和超声多普勒测速仪（UDV）的低共熔液态金属合金镓铟锡填充。我们证明了LLFV的热对流的适用性，并再现了线性依赖的测得的力在微牛顿的范围内的局部流速大小。此外，所提出的实验是用来探索全球湍流输送的热量和动量在这个低普朗特数对流的标度律。我们的结果被发现是一致的理论预测和最近的直接数值模拟。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Transient conjugate free convection from a vertical flat plate in a porous medium subjected to a sudden change in surface heat flux
本文用Karman-Pohlhausen方法对多孔介质中竖直平板与边界层自由对流之间的瞬态热交换进行了理论研究。非定常行为是在板的右手侧产生脉冲热通量阶跃后发展起来的。根据板的有限厚度和无厚度分别考虑两种情况。研究了界面温度的时空演化规律。
2015-09-12 physics.flu-dyn
Effect of Horizontal Spacing and Tilt Angle on Thermo-Buoyant Natural Convection from Two Horizontally Aligned Square Cylinders
采用有限体积法对水平排列方柱层流自然对流换热进行了数值研究。进行计算以描绘在以下参数范围下的动量和传热特性：汽缸水平间距（0 <= S/W <= 10）、方柱体倾斜角度（0^0 ≤ δ ≤ 60^0）和Grashof数（10 ≤ Gr ≤ 10^5）。综合结果表示在温度等值线和流线，速度和温度分布，在气缸之间的通道中的质量流率，本地和平均Nu，和阻力系数。由于烟囱效应的发展，传热随着水平间距的减小而增加，直到一定限度，而随着间距的进一步减小，传热显著降低。δ = 45^0的方柱具有较高的热传递，而δ = 0^0的方柱的热传递最小。在较高的Gr和Pr下，发现与δ = 0^0相比，δ = 45^0时的平均Nu超过22%。总的来说，平均Nu对Gr和Pr都有很强的依赖性，而它是S/W和δ的弱函数。此外，熵产生的再现无量纲的贝扬数。最后，已开发的平均Nu的关联，这可以是有用的工程计算。
2019-06-14 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
Sequence of bifurcations of natural convection of air in a laterally heated cube with perfectly insulated horizontal and spanwise boundaries
本文研究了具有完全绝热的水平边界和展向边界的横向加热立方体中空气浮力对流的三个定常-振荡转变序列。采用基于Krylov子空间迭代的Newton和Arnoldi方法处理该问题。有限体积网格从100^3有限体积逐渐细化到256^3有限体积。结果表明，主要的不稳定性的特点是由两个竞争的本征模，其时间的发展结果在两个不同的振荡状态，不同的对称性。由于这两种模式的分叉是亚临界的。这些模式发展成不同的振荡和随机流状态，在较大的Grashof数，稳定，并达到单一的稳定的稳定流。随着Grashof数的进一步增加，该流动又失去了稳定性。有人认为，在所有的三个过渡，不稳定的开始，以及恢复稳定，发生由于不稳定的离心机制和热分层的稳定效果之间的相互作用。
2022-10-17 physics.flu-dyn
Generation of large-scale winds in horizontally anisotropic convection
我们模拟三维的，水平周期性的瑞利-贝纳德对流之间的自由滑动的水平板，绕着一个遥远的水平轴旋转。当板块之间的温差和旋转速率都足够大时，就会产生与旋转矢量和重力矢量都垂直的强水平风。风是湍流的，大规模的，垂直剪切。水平各向异性，在这里产生的旋转，似乎是必要的，这样的风力发电。气流的大部分动能存在于风中，垂直湍流热通量平均比无风时低得多。
2015-07-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Numerical study of natural convection states in a horizontal concentric cylindrical annulus using SPH method
自然对流在许多工程应用中具有重要意义。本文提出了一种求解自然对流问题的光滑粒子流体动力学（SPH）方法。将流体的质量、动量和能量守恒方程离散为SPH方程。在Boussinesq近似下考虑了温度场中密度变化引起的体积力。数值计算结果与文献中的实验结果进行了比较，验证了数值方法的有效性。数值计算结果与实验结果吻合较好。然后应用SPH方法研究了Rayleigh数为10^2 ~ 10^7、Prandtl数为0.01 ~ 10的水平同心圆环内的自然对流。一般情况下，流动在低瑞利数下是稳定的，但在高瑞利数下是不稳定的。从稳定态到不稳定态的转变瑞利数在低普朗特数情况下比在高普朗特数情况下低。在数值模拟中识别出4种不同的对流状态，即1个羽流的稳定状态（SP1）、1个羽流的不稳定状态（UP 1）、n（n > 1）个羽流的稳定状态（SPN）和n（n > 1）个羽流的不稳定状态（UPN）。SP1和UP 1状态被观察到的所有普朗特数，而SPN和UPN状态仅观察到在Pr = 0.1和0.01。
2017-12-15 physics.flu-dyn
Transition from steady to oscillating convection rolls in Rayleigh-Bénard convection under the influence of a horizontal magnetic field
在这项研究中，我们考虑了水平磁场对长方体容器（200 \times 200 \times 40 mm ^3）中有限液态金属层中瑞利-贝纳德对流的影响。在实验室条件下测量了GaInSn合金在普朗特数Pr = 0.03和瑞利数范围2.3 \times 10^4 < Ra < 2.6 \times 10^5时的温度场和流场。场强变化最大值为320 mT（Ha = 2470，Q = 6.11 \times 10^6）。磁场迫使流体形成平行于场线方向的二维卷。实验证实了Busse和Clever（J. Mécanique Théorique et Escherquée，1983）的预测，他们表明水平磁场的应用将稳定的二维滚动结构（Busse气球）存在的范围向更高的Ra数扩展。当Ra超过一个临界值时，从定常流到随时间变化的振荡流的转变发生在给定的拉塞卡数Q下，这也相当于Q/Ra比的减小。我们的测量结果表明，第一次开发的振荡显然是二维的性质，特别是相互增加和减少相邻的对流辊的大小观察没有形成任何可检测的梯度沿磁场方向的速度场。在Q/Ra = 1的比率下，出现第一3D结构，其最初表现为辊相对于磁场方向的轻微倾斜。在此过程中，在相邻的对流辊之间的空间中也立即产生扰动，这些扰动由于由埃克曼泵送驱动的二次流而沿着辊平流。过渡到充分发展的三维结构，然后到湍流区发生进一步降低Q/Ra。
2020-12-04 physics.flu-dyn
Comment on "Similarity analysis in magnetohydrodynamics: effects of Hall and ion-slip currents on free convection flow and mass transfer of a gas past a semi-infinite vertical plate," A.A. Megahed, S.R. Komy, A.A. Afify
磁流体动力学中的相似性分析：霍尔电流和离子滑移电流对气体通过半无限大垂直板的自由对流和质量传递的影响。Megahed，S.R. Komy，A.A. Afify [Acta Mechanica 151，185-194（2001）]在上述论文中，研究了放置在平静流体中的竖直静止板上的导电流体的边界层流动。霍尔和离子滑移电流的影响被考虑在内。边界层方程转化为普通的使用转换的缩放组，随后数值求解。然而，有两个基本的错误，在上述文件，这是下面介绍。
2007-10-05 physics.flu-dyn
Comment on Magnetohydrodynamic non-Darcy mixed convection heat transfer from a vertical heated plate embedded in a porous medium with variable porosity, by Dulal Pal
在上面的文章中，作者处理了沿浸没在Darcy Brinkman Forchheimer多孔介质中的垂直平板的边界层流动。多孔介质的孔隙度和渗透率在边界层上是可变的。此外，垂直于板施加具有恒定强度的磁场。板处的流体温度是恒定的并且不同于环境流体的温度。这种温度差产生浮力，并且流动的特征在于混合对流。将边界层流动的偏微分方程转化为常微分方程，然后用龙格-库塔-费尔伯格法求解。结果见两个表格和11幅图。
2014-04-21 physics.flu-dyn
Horizontal Structures of Velocity and Temperature Boundary Layers in 2D Numerical Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
本文利用在瑞利数Ra=10^8和普朗特数Pr=4.4条件下获得的具有恒定材料参数的Oberbeck-Boussinesq流动的二维数值数据，研究了Rayleigh-Bénard对流单体的底部（和顶部）传导板上不同水平位置处的近板速度和温度分布的结构。结果表明，在大多数情况下，对于速度和温度，用动态标架法[Q。Zhou和K.- Q. Xia，Phys. Rev. Lett. 104，104301（2010）与经典的Prandtl-Blasius层流边界层（BL）剖面吻合得很好。因此，当平均的动态参考系，波动与各自的瞬时运动和热BL厚度，所获得的平均速度和温度分布也是普朗特-Blasius型几乎所有的水平位置。我们进一步表明，在某些情况下，传统的定义的基础上的时间平均配置文件可以导致非物理BL厚度，而动力学方法也在这种情况下，可以提供一个良好定义的BL厚度的运动和热BL。
2011-09-30 physics.flu-dyn
A numerical study of the longitudinal thermoconvective rolls in a mixed convection flow in a horizontal channel with a free surface
本文用数值方法研究了液体在水平通道上流动时，在底部均匀加热下的三维层流混合对流。上表面是自由的，并假设是平坦的。耦合的Navier-Stokes方程和能量方程的数值求解有限体积法考虑热毛细效应（Marangoni效应）。当浮力、热毛细效应和强迫对流的强度与$(Ri\backsimeq O(1)$和$Bd=Ra/Ma \backsimeq O(1))$相当时，结果表明，以定常纵向对流卷形式出现的不稳定性的发展与Poiquille-Rayleigh-Bénard流中遇到的不稳定性的发展相似。这些辊的数量和沿通道的空间分布取决于流动条件。本文研究了雷诺数、瑞利数和毕奥数等参数对管内流动和传热特性的影响。还考虑了表面张力随温度梯度变化的影响（马兰戈尼效应）。
2012-06-07 physics.flu-dyn
A free convection heat transfer correlation for very thin horizontal wires in rarefied atmospheres
近年来，火星和地球上层大气探测任务蓬勃发展，增加了人们对稀薄气体传热的兴趣。在这些低压下，涉及特征长度为气体分子的平均自由程数量级的小几何形状的传热问题引起了新的困难。这在自由对流的情况下尤其严重，其中气体的速度与传热问题密切相关。在定制的真空室中进行了直径为$12.7\ μ\mathrm{m}$和$25\ μ\mathrm{m}$的水平线的实验，该真空室的压力从$0.03$毫巴到环境压力，在线和空气之间达到高达$80$ K的温度差。实验数据包括从$10^{-13}$到$10^{-5}$的瑞利数，其覆盖了从自由分子流到连续区的宽范围。特别是对于过渡区，与克努森数范围在0.1和10之间，实验数据表明，自由对流换热不能表示为单独的瑞利数的函数，但克努森数的依赖性必须引入相关性以及。所呈现的努塞尔数低于瑞利数的$10^{-8}$的结果表现出明显偏离文献中可用的相关性。本文提出了一个新的从过渡区到连续区的水平细金属丝自由对流的经验关联式。目前的工作揭示了当前的热工程问题，其中涉及非常细的电线在其系统中与周围环境的相互作用，具有显着的稀疏水平。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Oscillatory Double-Diffusive Convection in a Horizontal Cavity with Soret and Dufour Effects
采用SIMPLE算法和QUICK格式，在非均匀交错网格系统下，数值模拟了具有Soret和Dufour效应的水平腔内振荡双扩散对流。结果表明，随着浮力比的增大，双扩散对流从稳态对流占优、周期振荡、准周期振荡发展到混沌流动，最后回归到周期振荡。浮力比越大，基频和脉动幅度越大.随着Rayleigh数的增加，振荡对流的转捩趋势与浮力比的转捩趋势相似。但随着Rayleigh数的增加，系统并没有从混沌状态恢复到周期振荡状态。随着高宽比的减小，振荡对流从周期性演变为稳态。此外，基频随纵横比的增大先增大后减小，而波动幅度随纵横比的增大而减小。
2016-03-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Convection in rotating flows with simultaneous imposition of radial and vertical temperature gradients
通过实验研究了非均匀加热流体环空中沿垂直轴（z）旋转时的传热特性。通过施加径向和垂直方向的温度梯度（ΔT）实现了非均匀加热。本研究的参数范围为瑞利数Ra=2.43x10^8-3.66x10^8，泰勒数Ta=6.45x10^8-27x10^8。工作流体是具有普朗特数Pr=7的水。对于固定的ΔT值，测量了不同旋转速率（Ω）的热传递。的努塞尔数，Nu，作为Ta的函数绘制清楚地显示了旋转对热传输的影响。在一般情况下，Nu被发现有一个较大的值为非旋转对流。这可能意味着在我们的系统中，柱状羽流和斜压波的相互作用，从温度测量中也可以看出。在单个垂直平面上的基于激光的成像也显示了这种流动结构的证据。
2016-10-24 physics.flu-dyn
Eddy thermal diffusivity model and mean temperature profiles in turbulent vertical convection
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）
本文提出了一种空间依赖的涡旋热扩散系数模型，用于描述流体在不同温度垂直壁间湍流自然对流的平均温度剖面，通过该模型推导出解析结果，揭示了不同雷诺数和普朗特数下的温度剖面由两个通用尺度函数描述，且与直接数值模拟数据一致。
2026-02-20 physics.flu-dyn
Instability of a horizontal water half-cylinder under vertical vibration
本文给出了在垂直方向正弦振动的刚性水平板上的半圆柱体中的参数驱动波的实验研究结果。当强迫振幅超过临界值时，在水半圆柱中激发出驻波。参数激励的亚谐波是非轴对称的，与垂直液体圆柱或射流中的轴对称Savart-Plateau-Rayleigh波有本质的不同。根据驱动频率，激发不同方位波数的驻波。一个线性理论也补充，它捕捉所观察到的色散关系定量。
2019-12-27 physics.flu-dyn
Heat transfer in the flow of a cold, two-dimensional vertical liquid jet against a hot, horizontal plate
本文研究了冷的薄膜液体撞击等温的热的水平表面的情况。利用薄膜流动的流体力学相似解，给出了沿水平表面流动的速度和温度分布的近似解。近似解可为评估更复杂设置中的流动和传热提供有价值的基础。
2014-03-14 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in strongly heated vertical natural convection boundary layers
由于缺乏实验和物理模拟的困难，沿强加热垂直壁的自然对流边界层中向湍流转变的控制机制既不十分清楚，也没有得到很好的理解。我们的测量带来的实验数据集中在静止的空气沿辐射和导电板在整个范围内的2000至8000 W/m2的加热速率的这种转变。通过滑动窗口互相关热风速仪获得的时间序列的分析导致我们指出相干湍流结构在整个薄边界层，这似乎是由传热和时间微观尺度的湍流通过内层的短的高度。物理解释与所观察到的传热相关性和这些湍流过渡结构以及辐射和传导。
2008-12-22 physics.flu-dyn
Comment on "The effect of variable viscosity on mixed convection heat transfer along a vertical moving surface" by M. Ali
等温运动平板上的强迫对流问题是流体力学的经典问题，Sakiadis（1961）于1961年首次解决了这一问题。看来第一个关于沿运动板块混合对流的工作是Moutsoglou和Chen（1980）的工作。此后，对于这类边界层问题的不同方面，已经得到了许多解。在以前的工作中，流体性质已被假定为常数。Ali（2006）在最近的一篇论文中首次处理了具有可变粘性的混合对流问题。他用当地的相似性方法来解决这个问题，但有人怀疑他的结果的有效性。因此，我们用边界层方程的直接数值解解决了上述问题，而不作任何变换。
2007-03-02 physics.flu-dyn
Stabilities of Parallel Flow and Horizontal Convection
第一部分讨论了二维平行流的稳定性。解析地得到了无粘平行流更严格的一般稳定性判据。在第二部分中，我们报道了在高Rayleigh数$10^7<Ra<10^{10}$下方腔贮箱内水平对流中部分穿透流动的数值模拟。模拟了快速建立但缓慢发展的流动，首次得到了浅封闭的部分贯穿流动循环单元，与实验结果一致。
2009-05-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Onset of thermal convection in a horizontal layer of granular gas
本文应用Navier-Stokes颗粒流体动力学方法研究了水平无限大颗粒气体层中热对流的阈值。对流阈值的依赖性，在粒子碰撞的非弹性，弗劳德和努森numbers.A简单的必要条件，制定在史瓦西准则，众所周知的（可压缩）经典流体的热对流。对流细胞的形态在发病时确定。当弗劳德数很大时，弗劳德数就不存在了。当弗劳德数趋于零时，对流不稳定性转变为最近发现的相分离不稳定性。
2002-12-06 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Rigorous ultimate scaling in rapidly rotating steady convection
Graduate School of Engineering Science, University of Osaka（大阪大学工学研究科）
研究通过匹配渐近分析揭示快速旋转对流中单模解的标度律，发现特定波数下可实现无扩散终极标度，并具有对数修正。
2026-05-07 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
Mixed-convection laminar film condensation on a semi-infinite vertical plate
本文对既有重力型体积力又有平行于表面运动的蒸汽的层流膜状凝结问题进行了全面的研究。它表明，无论是体力和蒸汽速度是显着的，通过一个全面的数值解得到的修改凯勒箱方法。确定了控制纯蒸汽凝结和传热的重要参数。在前缘和下游区域进行了扰动分析。这两个政权的薄膜近似，并与精确的数值解进行比较。
2014-03-13 physics.flu-dyn
Lagrangian intermittency and vertical confinement in stably stratified turbulence
本研究通过分析不同分层强度下均匀分层湍流的拉格朗日速度统计，揭示了轨迹垂直约束增强和水平方向的高阶间歇性，强调了浮力对拉格朗日动力学的重要作用。
2025-03-28 physics.flu-dyn
An approximate analytical solution of free convection problem for vertical isothermal plate via transverse coordinate Taylor expansion
所考虑的模型是基于二维定常Navier-Stokes和Fourier-基尔霍夫方程组的近似解析解。近似是基于典型的自然对流假设：流体不可压缩性和Bousinesq近似。我们还假设对速度的板分量（x）的正交性是可以忽略的小。边界问题的解表示为速度和温度在$x$坐标中的泰勒级数，其引入垂直坐标（y）的函数作为展开系数。相应的边界问题公式取决于特定于问题的参数：格拉肖夫数，板高度（L）和重力常数。本文的主要结果是系数函数的方程组，例如展开式项数的选择。在这种方法中，流动起点处的非零速度是对流边界层理论公式的发展。
2013-07-07 physics.flu-dyn
Active biphasic heat transfer enhancement in vertical natural convection
针对垂直自然对流中浮力与传热方向错位导致传热不足的问题，提出添加低沸点液体并引入气液层形成双相气泡伪湍流的方法，在恒定过热下实现246%的传热增强，并通过实验验证了气泡搅动对热通量和温度场的改善作用。
2025-08-08 physics.flu-dyn
Heat transfer in the flow of a cold, axisymmetric vertical liquid jet against a hot, horizontal plate
本文研究冷垂直液体射流撞击热水平平板的薄膜流动传热，采用修正Keller box方法获得大Reynolds数高精度数值解，并用先进多项式逼近验证结果。
2023-08-03 physics.flu-dyn
Mixed convection in a downward flow in a vertical duct with strong transverse magnetic field
本文采用二维近似方法，数值分析了在强横向磁场作用下，具有一个加热壁和三个绝热壁的垂直管道内的向下流动。这项工作的动机是未来核聚变反应堆的极向管道的液态金属毯的设计，其中的磁场的主要组成部分是垂直于流动方向和非常强的加热施加在面对反应室的壁。根据加热和磁场的强度，发现流动是稳态的或振荡的。的不稳定性导致的振荡的参数研究进行。它被发现在其他结果中，流动是不稳定的，并开发高振幅的温度振荡的条件下典型的聚变反应堆包层。
2018-04-08 physics.flu-dyn
Ultimate regimes in horizontal and internally heated convection
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；University of Twente（特温特大学）
本文推导了水平对流和纯内部加热对流的终极 regime 模型，基于湍流边界层关系和精确的耗散平衡，发现其尺度关系与已知的严格传输界限一致，并揭示了与 Rayleigh-Benard 对流相比，后者在全局动能平衡中不包含额外响应因子，导致终极 regime 的尺度指数为 1/3。
2026-04-09 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
Numerical Study of Laminar and Turbulent Natural Convection from a Stack of Solid Horizontal Cylinders
本文在三维计算区域内数值研究了等温固体水平圆柱叠层的自然对流。模拟分别在瑞利数（Ra）范围为（10^4至10^8）和（10^10至10^13）的层流和湍流状态下进行。在本研究中，圆柱体的长径比在0.5至20的范围内变化。通过以三角形方式布置三个、六个和十个数量的圆柱体，考虑了三种不同的堆叠布置用于数值模拟。目前的计算研究是能够评估非常有趣的热浮力羽流结构周围的堆栈的气缸。平均努塞尔数（Nu）显示出对所有L/D的Ra的正相关性。三个气缸的堆叠的平均Nu略高于六个气缸随后是十个气缸的堆叠的平均Nu。此外，在特定Ra下，Nu对于短圆柱体（低L/D）显著更高，并且随着L/D的增加而减小，直到10或15，并且对于长圆柱体保持恒定。此外，本文的数值计算结果也与空心圆柱堆进行了比较。一个新的努塞尔数的相关性已被开发为不同的堆栈作为Ra和L/D的函数，这将是有用的工业从业者和学术研究人员。
2019-05-14 physics.flu-dyn
The effect of phase change on stability of convective flow in a layer of volatile liquid driven by a horizontal temperature gradient
由水平温度梯度驱动的挥发性液体层中的浮力-热毛细对流出现在各种情况下。最近的研究表明，气相的组成，这是典型的蒸汽和空气的混合物，有一个显着的影响临界马兰戈尼数描述的对流开始以及观察到的对流模式。具体地说，作为总压力，或等效地，空气的平均浓度降低，阈值的不稳定性导致出现的对流卷被发现，而显着增加。我们提出了一个线性稳定性分析的问题，这表明，这种趋势可以很容易地理解，通过考虑运输的热量和蒸汽通过气相。特别是，我们表明，在气相中的运输有一个显着的效果，即使在大气条件下，当相变被大大抑制。
2017-09-27 physics.flu-dyn
SPH modeling of natural convection around a heated horizontal cylinder: A comparison with experiments
对低Rayleigh数（$1.18\leq {\rm Ra}\leq 242$）下的水平薄圆柱形热源在填充甘油的细长封闭体中产生的对流进行了实验和数值光滑粒子流体动力学（SPH）分析。实验和SPH计算都是针对源和周围流体之间的正（$0.1\leqΔT\leq 10$ K）和负（$-10\leqΔT\leq -0.1$ K）温差进行的。在所有情况下，都会形成一对稳定的反向旋转涡流，伴随着$ΔT>0$源上方的垂直上升流羽流和$ΔT<0$源下方的垂直下降流。最大流速总是出现在上升/下降羽流中。SPH的预测被认为是可以接受的，以及与根均方误差的速度分布的顺序为$\sim 10^{-5}$ m s $^{-1}$的实验观测相匹配。SPH方法能够揭示流动现象的细节特征，这一事实证明了该方法的正确性。
2020-12-11 physics.flu-dyn
Comment on Radiation effects on a certain MHD free convection flow, by A. Y. Ghaly and on Chebyshev finite difference method for the effects of chemical reaction, heat and mass transfer on laminar flow along a semi infinite horizontal plate with temperature dependent viscosity, by A.Y. Ghaly and M.A. Seddeek
在上述论文[Chaos，Solitons & Fractals，13（2002）1843-1850]中，作者处理了沿导电流体的竖直等温板的边界层流动。板位于恒定速度$u_\infty$、恒定温度$T_\infty$和恒定质量浓度$C_\infty$的垂直自由流中。板块垂直移动的速度是距离$x$（$u_w=cx$）的线性函数。具有恒定强度$B_0$的横向磁场被施加在流动上。对边界层方程进行了数值积分。然而，本文存在一个根本性的错误，所给出的结果没有任何实际价值。
2007-03-29 physics.flu-dyn
Inverse cascades of kinetic energy and thermal variance in three-dimensional horizontally extended turbulent convection
逆级联的动能和热方差在光谱空间中的垂直均匀模式的子集被发现，导致一个缓慢的聚集到一对对流超颗粒，最终填充整个水平延伸的，三维的，湍流瑞利-贝纳德对流层的热通量时，规定在顶部和底部。一个额外的弱旋转的垂直轴周围的层停止这种聚集在一个规模小于横向域扩展，并停止逆级联的热方差。动能的逆级联保持完整，甚至对于温度和速度的均方根值已经达到统计稳定状态的时间。这种动能逆级联维持了在温度场中最明显的水平延伸的对流模式。聚集对流模式的特征长度取决于热驱动和线性旋转的强度。我们的研究表明，在三维对流中，逆能量级联的重要性超出了二维湍流的情况下，受到热羽流的多尺度能量注入和边界热通量驱动，通常存在于自然的地球和天体物理系统，如太阳对流。
2022-10-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A criterion to detect line plumes from velocity fields in turbulent convection
我们提出了一个简单的，新的标准提取线羽流的速度场，而不使用温度场，在一个水平面接近平板的湍流对流。现有的针对剪切驱动壁湍流提出的速度场相干结构检测标准首次被证明不适合湍流对流。基于物理上的论证，我们提出了利用水平速度场的水平散度$\overline{\nabla_H}\cdot\overline{u}$的负值来提取羽流区域。的$\overline{\nabla_H}\cdot\overline{u}$标准，然后示出正确地预测的总长度的羽流的瑞利数范围为$7.7\times 10^5\le Ra_w\le 1.43\times 10^9$和普朗特数范围为$3.96\le Pr\le 5.3$。由本准则预测的羽流区域的厚度与由RMS温度波动的阈值$\sqrt{T'^2}=0.2 ΔT$获得的厚度大致相同，其中$ΔT$是穿过流体层的温度降。
2015-10-07 physics.flu-dyn
Passive scalar dispersion along porous stratum with natural convection
研究地热梯度引发Rayleigh-Darcy对流的多孔地层中被动标量水平扩散，发现扩散系数在$Ra \gtrsim 2500$时饱和，揭示了低高Ra下主导标量迁移机制的转变，并给出饱和扩散系数的理论比例关系。
2025-04-04 physics.flu-dyn
Interaction of Vertical Convection with an Electromagnetically Forced Flow
分析了低普朗特数流体（$Pr=0.029$）在一侧加热、另一侧冷却的封闭矩形腔（$100\times60\times10$ mm $^3$）中的热量和动量传递。进入液态金属的电磁力由行进磁场感应器产生，并指向浮力。采用从$1.9\cdot 10^5$到$7.6\cdot 10^7$的Grashof数$Gr$和从$2.6\cdot 10^4$到$2.6\cdot10^6$的电磁强迫参数$F$进行大涡模拟。用GaInSn合金对垂直对流和电磁驱动流的模拟结果进行了实验验证。对于不同的相互作用参数$ N = F / Gr $，得到了三种类型的流动模式：逆时针流动，顺时针流动，和两个涡共存。雷诺数分析表明，从自然对流到电磁搅拌的过渡区位于$0.02<F/Gr<0.07$范围内，存在两种制动模式，$ F / Gr $在1.等温线变形的分析表明，在这样的对流系统中，它是可能的，以实现最小偏差的等温线形状从一条直线的范围内的$ 0.05 <F/Gr <0.2 $。
2022-03-14 physics.flu-dyn
Bulk scaling in wall-bounded and homogeneous vertical natural convection
均匀瑞利-贝纳德对流（无壁瑞利-贝纳德对流，因此无边界层）的数值研究揭示了一种与体块主导热对流的理论预测一致的标度状态。在这个所谓的渐近区域中，先前的研究已经预测努塞尔数（$Nu$）和雷诺数（$Re$）在小普朗特数（$Pr$）下根据$Nu\sim Ra^{1/2}$和$Re\sim Ra^{1/2}$随瑞利数（$Ra$）变化。在这项研究中，我们考虑一个类似于RBC的流动，但温度梯度的方向垂直于重力，而不是平行;我们把这种配置称为垂直自然对流（VC）。由于VC中温度梯度的方向不同，因此平均动力耗散率没有精确的关系，这使得有必要探索$Nu$、$Re$和$Ra$的替代定义，并找到封闭的物理参数，而不是像RBC那样利用$Nu$和耗散率之间的精确关系。一旦我们从VC移除壁以获得均匀设置，我们发现存在上述$1/2$ -幂律标度，类似于均匀RBC的情况。当我们把注意力集中在体相时，我们发现VC体相的Nusselt数和Reynolds数也表现出$1/2$ -幂律标度。这些结果表明，如果在湍流中采用适当的量来定义$Ra$、$Re$和$Nu$，则在较低的Rayleigh数下也可以发现$1/2$ -幂律标度。从稳定性的角度来看，在低到中等- $Ra$，我们发现，均匀的垂直自然对流的努塞尔数的时间演化是不稳定的，这是一致的电梯模式的性质，在以前的研究均匀红细胞。
2018-06-21 physics.flu-dyn
On analytical solution of stationary two dimensional boundary problem of natural convection
本文给出了描述半无限长竖直平板等温表面自由对流换热的二维定常Navier-Stokes方程、连续方程和Fourier-基尔霍夫方程组的近似解析解。问题的制定是基于典型的自然对流假设：流体不可压缩性和Boussinesq近似。我们还假设垂直于板的速度分量很小。除基本方程外，还包括边界条件：平板上的恒温和零速度。在流动的起始点，我们固定平均温度和速度的垂直分量，以及积分形式的基本守恒定律。边界问题的解表示为水平变量的泰勒级数，其系数取决于垂直变量。
2012-10-19 physics.flu-dyn
Boundary layers in turbulent vertical convection at high Prandtl number
本研究通过三维直接数值模拟，研究了高普朗特数下垂直对流湍流边界层，发现其处于浮力控制状态，热通量与摩擦速度线性相关，并为冰-海洋界面通量参数化提供了依据。
2021-08-30 physics.flu-dyn
Velocimetry in rapidly rotating convection: spatial correlations, flow structures and length scales
旋转Rayleigh-Bénard对流是一个经常使用的模型系统，用于评估由于旋转引起的浮力和Coriolis力的相互作用，这是许多地球物理和天体物理流动中发现的动力学效应的显著相关相互作用。这些流量显示极端值的管理参数：大瑞利数$Ra$，量化的热力强迫的强度，和小埃克曼数$E$，一个参数成反比的旋转速率。这导致了在压力梯度和科里奥利力之间的流动中占主导地位的地转平衡。由于要求同时获得大的$Ra$值和小的$E$值，所以难以用实验室实验和数值模拟来研究旋转对流的所谓地转区。在这里，我们使用流量测量，使用立体粒子图像测速在一个大规模的旋转对流装置在一个水平面中的中等高度，研究丰富的流动现象的地转制度的旋转对流。我们量化的垂直速度和垂直涡度的空间相关性的流量的水平长度尺度，再现的对流泰勒柱和羽流状态的地转制度的两个部分的功能。此外，我们发现在这个水平面上的组织成一个四极涡在较高的瑞利数从羽状状态。
2021-11-03 physics.flu-dyn
Double-diffusive transport in multicomponent vertical convection
受盐水中垂直冰面消融的影响，本文采用三维直接数值模拟方法研究了双标量垂直对流中的热盐通量。对于对流为主的制度中的冰-海洋界面相关的参数，我们观察到，盐度场驱动的对流和热量基本上是作为一个被动标量传输。通过改变热和盐的扩散率比（即，的路易斯数$Le$），我们确定如何不同的分子扩散率影响标量通量通过系统。远离墙壁，我们发现，热传输是由湍流普朗特数$Pr_t\approx 1$和双扩散效应几乎可以忽略不计。然而，分子扩散系数的差异在边界附近起着重要的作用。在（不现实的）情况下，盐的扩散速度比热量快，盐热通量的比例将标度为$Le^{1/3}$，与经典的嵌套标量边界层一致。然而，在更快的热扩散（相对于盐）的现实情况下，我们观察到一个过渡到一个$Le^{1/2}$比例的通量。这与热边界层宽度增长超过粘性边界层的厚度相一致。我们发现，这种转变是不是由一个临界路易斯数，而是由一个临界普朗特数$Pr\approx 10$，略低于冷海水中$Pr=14$。我们比较我们的研究结果类似的研究剪切和双扩散流冰架下，并讨论了在大尺度冰海洋模型通量的影响。通过将我们的结果耦合到冰-海洋界面热力学，我们描述了通量比如何影响界面盐度，从而影响溶质对流的强度和消融率。
2023-01-05 physics.flu-dyn
