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Rayleigh-Benard对流中的分歧解

2017-03-21周洋,李玫,周强

中国农村水利水电 2017年3期
关键词:结构

周 洋,李 玫,周 强

(1.成都大学建筑与土木工程学院,成都 610106;2.成都大学信息科学与工程学院,成都 610106)

Rayleigh-Benard对流是研究非线性动力学特性的典型模型之一。在日常生活中这种对流现象较为多见,例如水库分层和湖泊分层现象,这些现象可帮助人们对对流现象的理解。Rayleigh-Benard对流是指在一个封闭的渠槽内,下表面均匀或者周期性加热,上表面温度保持一定,上下表面形成的温度差超过某个临界数值时,就会导致渠槽内流体流动的现象。对于这种流动,Rayleigh与Benard先后进行了理论与试验分析,从而被称作Rayleigh-Benard对流[1-3]。

Rayleigh-Benard对流是传热学中典型的热对流问题,简称RB对流。RB对流可以产生非常有趣的流场时空结构。许多科研工作者在混合流体方面的研究比较深入,并取得了大量而有意义的成果。而对纯流体对流研究尚不多见。本文以纯流体的Rayleigh-Benard对流为例,经过模拟发现了定常流动解的不唯一性。存在着分歧解。

1 数学模型

1.1 流体力学基本方程组[4]

以一个封闭的渠槽作为研究对象,如果上部平板的温度固定不变,保持常数。当下部平板的温度升高到某个数值时,由于上下表面流体密度的不同,导致了在两平板之间将会发生流体对流现象,对流运动的流场时空结构随上下板之间温度差的变化而变化。假设坐标原点位于底板与左侧壁的交汇处,x轴向右为正,z轴向上为正。流卷的轴线保持平行,在布西涅斯克假设下,流体力学方程组如下:

▽U=0

(3)

假设温度场 距离平均值波动很小,质……

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