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孙德军: 热对流的稳定性和数值模拟

时间:2019/08/16浏览:13

报告时间:2019818日(星期日)16:20

  

报告地点:校学术会议中心

  

人:孙德军教授

  

工作单位:中国科学技术大学

  

举办单位:土木与水利工程学院

  

报告人简介:

主要研究方向:动稳定性与流动控制、微尺度流体力学、计算流体力学等。19891997年参加了两项国家自然科学基金重大项目的研究,主要从事钝物体绕流尾迹特性与控制的研究。1998 年以来负责和参加了国家自然科学基金面上项目6项,中科院创新方向性项目2 项,主要从事旋转射流的稳定性与数值模拟、多流体界面数值模拟与并行算法、微尺度流动、生物运动流体力学等方面的研究。目前负责国家自然科学基金面上项目“旋拧流的最优扰动和和感受性研究”,此外还承担国家自然科学基金重点项目“细长体大攻角绕流非对称涡产生机理、结构演化及其控制研究”、面上项目“磁场作用下晶体生长中热对流的稳定性和非线性演化”、以及863项目等课题的研究。

  

  

  

报告简介:

热对流是自然界和工程应用中的常见现象,相关流动的稳定性和湍流是流体力学研究的重要问题。近年来,我们在 Rayleigh-Bénard 对流的线性和弱非线性稳定性、湍流热对流数值模拟等方面开展了研究。针对圆筒内 Rayleigh-Bénard 对流的不稳定性,得到了轴对称对流的稳定性边界,发现了二次分叉之外仍存在稳定的非平凡轴对称解,并采用能量分析方法解释了失稳特性的成因。研究了侧壁加热时圆筒内热对流不稳定性 Prandtl数的依赖性,揭示了小 Prandtl 数时的剪切不稳定性机制、大 Prandtl 数时的浮力不稳定性机制,在中等 Prandtl 数时流动失稳的剪切机制与浮力机制存在相互竞争。

针对非Oberbeck-Boussinesq 假设(NOB)效应对二维方腔热对流线性和弱非线性不稳定性的影响,NOB 效应强度由无量纲温差ϵ 衡量,研究表明 NOB 效应对临界 Rayleigh (Ra)和扰动增长率的首阶修正正比于ϵ2,宽方腔中 NOB 效应会增强流动稳定性,而窄方腔中会减弱稳定性,并通过能量分析定量考察了可压缩性、黏性和浮力作用对扰动动能增长的贡献。通过弱非线性分析和直接数值模拟研究了 NOB 效应对分叉过程的影响,发现了丰富的分叉过程。在快速旋转球壳中,采用完全可压缩方程研究了热对流的首次失稳,发现了一种新的准地转模态,并证明了传统的滞弹模型在低 Ra 数、强可压缩条件下会失效。基于直接数值模拟研究了湍流方腔热对流的流动反转现象,结果表明倾斜效应对反转发生具有双重作用,在常规单涡反转中倾斜会抑制反转,而在双涡反转中倾斜起促进作用。此外,在具有 NOB 效应对流系统中发现了一类新的反转模式,并从涡动力学角度解释了该反转的触发机制。最后,基于数值模拟系统地研究了贯穿湍流 Rayleigh-Bénard 对流,首次给出了系统中中心温度偏移量、动能输运效率等与密度倒置参数间的统一规律。




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