搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响

宁利中 王娜 袁喆 李开继 王卓运

引用本文:
Citation:

分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响

宁利中, 王娜, 袁喆, 李开继, 王卓运

Influence of separation ratio on Rayleigh-Bénard convection solutions in a binary fluid mixture

Ning Li-Zhong, Wang Na, Yuan Zhe, Li Kai-Ji, Wang Zhuo-Yun
PDF
导出引用
  • 混合流体Rayleigh-Bénard对流是研究非平衡对流的非线性动力学特性的典型模型之一. 基于流体力学方程组的数值模拟,首先探讨了矩形腔体中具有强Soret效应(分离比Ψ=-0.60)的混合流体行波对流的分叉特性及斑图演化,沿着分叉曲线的上部分支,随着相对瑞利数的增加,此系统依次出现了局部行波对流、具有缺陷的行波对流、行波对流、摆动行波对流及定常对流5种行波对流解. 然后,研究了分离比Ψ对对流解的影响,与弱Soret效应(Ψ=-0.11)时的对流解相比较,强Soret效应(Ψ=-0.60)时出现的对流解更丰富. 由于有强Soret效应的对流的复杂性,Ψ=-0.60时的对流解与Ψ=-0.20,-0.4 时的对流解不同.
    The Rayleigh-Bénard convection in a binary fluid mixture is one of typical models for studying the nonlinear dynamics of nonequilibrium convection. In this paper, using the numerical simulations of the two-dimensional full equations of hydrodynamics, we study the bifurcation and evolution of patterns in the traveling wave convection in binary fluid mixtures with strong Soret effect (separation ratio Ψ=-0.60) in a rectangular cell. The system exhibits 5 types of traveling wave convection solutions with the increasing of reduced Rayleigh number r along the upper branch of the bifurcation curve. They are localized traveling wave convection, traveling wave convection with defects, traveling wave convection, undulation traveling wave convection, and stationary overturning convection. Second, the influence of separation ratio on convection solutions is investigated. By comparing the convection solutions with strong Soret effect (Ψ=-0.60) with those of weakly Soret effect (Ψ=-0.11), we find that those with strong Soret effect are richer. Because of the complexity in convection with strong Soret effect, the convection solutions at Ψ=-0.60 are different from those at Ψ=-0.20, -0.4.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10872164)和陕西省重点学科建设专项基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10872164) and the Special Foundation of Priority Academic Discipline of Shaanxi Province, China.
    [1]

    Chandrasekhar S 1961 Hydrodynamics and Hydromagnetic Stability (Oxford: Clarendon Press) pp126-146

    [2]

    Getling A V 1998 Rayleigh-Bénard Convection (London: World Scientific) pp98-112

    [3]

    Ning L Z 2006 Rayleigh-Bénard Convection in a Binary Fluid Mixture with and without Lateral Flow (Xi'an: Northwest A & F University Press) pp112-134

    [4]

    Cross M C, Hohenberg P C 1993 Rev. Mod. Phys. 65 998

    [5]

    Barten W, Lucke M, Kamps M 1991 Phys. Rev. Lett. 66 2621

    [6]

    Barten W, Lucke M, Kamps M, Schmitz R 1995 Phys. Rev. E 51 5636

    [7]

    Barten W, Lucke M, Kamps M, Schmitz R 1995 Phys. Rev. E 51 5662

    [8]

    Yahata H 1991 Prog. Theor. Phys. 85 933

    [9]

    Yahata H 1989 Prog. Theor. Phys. (Suppl.) 99 493

    [10]

    Batiste O, Knobloch E, Alonso A, Mercader I 2006 J. Fluid Mech. 560 149

    [11]

    Batiste O, Knobloch E, Mercader I, Net M 2001 Phys. Rev. E 65 016303

    [12]

    Futterer C 2003 Theor. Comput. Fluid Dyn. 16 467

    [13]

    Ryskin A, Mller H W, Pleiner H 2003 Phys. Rev. E 67 046302

    [14]

    Ning L Z, Zhou Y, Wang S Y, Li G D, Zhang S Y, Zhou Q 2010 Chin. J. Hydrodyn. 25 299 (in Chinese) [宁利中, 周洋, 王思怡, 李国栋, 张淑芸, 周倩 2010 水动力学研究与进展 25 299]

    [15]

    Ning L Z, Qi X, Yu L, Zhou Y, Wang S Y, Li G D 2010 J. Basic Sci. Eng. 18 281 (in Chinese) [宁利中, 齐昕, 余荔, 周洋, 王思怡, 李国栋 2010 应用基础和工程科学学报 18 281]

    [16]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1996 Prog. Theor. Phys. 96 669

    [17]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1997 Prog. Theor. Phys. 97 831

    [18]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1997 Prog. Theor. Phys. 98 551

    [19]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2001 Prog. Theor. Phys. 106 503

    [20]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2001 J. Hydrodyn. 13 65

    [21]

    Ning L Z, Qi X, Harada Y, Yahata H 2006 J. Hydrodyn. 18 199

    [22]

    Ning L Z, Qi X, Zhou Y, Yu L 2009 Acta Phys. Sin. 58 2528 (in Chinese)[宁利中, 齐昕, 周洋, 余荔 2009 物理学报 58 2528]

    [23]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2000 J. Hydrodyn. 12 20

    [24]

    Ning L Z, Yu L, Yuan Z, Zhou Y 2009 Sci. China G 39 746 (in Chinese) [宁利中, 余荔, 袁喆, 周洋 2009 中国科学G 39 746]

    [25]

    Ning L Z, Qi X, Yuan Z, Shi F 2008 J. Hydrodyn. 20 567

    [26]

    Jung D, Lucke M 2002 Phys. Rev. Lett. 89 054502

    [27]

    Buchel P, Lucke M 2000 Phys. Rev. E 61 3793

    [28]

    Shen K, Zhang X 2002 Acta Phys. Sin. 51 2702 (in Chinese)[沈柯, 张旭 2002 物理学报 51 2702]

    [29]

    Zhang X, Shen K 2001 Acta Phys. Sin. 50 2116 (in Chinese)[张旭, 沈柯 2001 物理学报 50 2116]

    [30]

    Ni J, Liu H 2002 Physics 31 461 (in Chinese)[倪军, 刘华 2002 物理 31 461]

    [31]

    Taraut A V, Smorodin B L, Lucke M 2012 New J. Phys. 14 093055

    [32]

    Smorodin B L, Lucke M 2010 Phys. Rev. E 82 016310

  • [1]

    Chandrasekhar S 1961 Hydrodynamics and Hydromagnetic Stability (Oxford: Clarendon Press) pp126-146

    [2]

    Getling A V 1998 Rayleigh-Bénard Convection (London: World Scientific) pp98-112

    [3]

    Ning L Z 2006 Rayleigh-Bénard Convection in a Binary Fluid Mixture with and without Lateral Flow (Xi'an: Northwest A & F University Press) pp112-134

    [4]

    Cross M C, Hohenberg P C 1993 Rev. Mod. Phys. 65 998

    [5]

    Barten W, Lucke M, Kamps M 1991 Phys. Rev. Lett. 66 2621

    [6]

    Barten W, Lucke M, Kamps M, Schmitz R 1995 Phys. Rev. E 51 5636

    [7]

    Barten W, Lucke M, Kamps M, Schmitz R 1995 Phys. Rev. E 51 5662

    [8]

    Yahata H 1991 Prog. Theor. Phys. 85 933

    [9]

    Yahata H 1989 Prog. Theor. Phys. (Suppl.) 99 493

    [10]

    Batiste O, Knobloch E, Alonso A, Mercader I 2006 J. Fluid Mech. 560 149

    [11]

    Batiste O, Knobloch E, Mercader I, Net M 2001 Phys. Rev. E 65 016303

    [12]

    Futterer C 2003 Theor. Comput. Fluid Dyn. 16 467

    [13]

    Ryskin A, Mller H W, Pleiner H 2003 Phys. Rev. E 67 046302

    [14]

    Ning L Z, Zhou Y, Wang S Y, Li G D, Zhang S Y, Zhou Q 2010 Chin. J. Hydrodyn. 25 299 (in Chinese) [宁利中, 周洋, 王思怡, 李国栋, 张淑芸, 周倩 2010 水动力学研究与进展 25 299]

    [15]

    Ning L Z, Qi X, Yu L, Zhou Y, Wang S Y, Li G D 2010 J. Basic Sci. Eng. 18 281 (in Chinese) [宁利中, 齐昕, 余荔, 周洋, 王思怡, 李国栋 2010 应用基础和工程科学学报 18 281]

    [16]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1996 Prog. Theor. Phys. 96 669

    [17]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1997 Prog. Theor. Phys. 97 831

    [18]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H 1997 Prog. Theor. Phys. 98 551

    [19]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2001 Prog. Theor. Phys. 106 503

    [20]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2001 J. Hydrodyn. 13 65

    [21]

    Ning L Z, Qi X, Harada Y, Yahata H 2006 J. Hydrodyn. 18 199

    [22]

    Ning L Z, Qi X, Zhou Y, Yu L 2009 Acta Phys. Sin. 58 2528 (in Chinese)[宁利中, 齐昕, 周洋, 余荔 2009 物理学报 58 2528]

    [23]

    Ning L Z, Harada Y, Yahata H, Li J Z 2000 J. Hydrodyn. 12 20

    [24]

    Ning L Z, Yu L, Yuan Z, Zhou Y 2009 Sci. China G 39 746 (in Chinese) [宁利中, 余荔, 袁喆, 周洋 2009 中国科学G 39 746]

    [25]

    Ning L Z, Qi X, Yuan Z, Shi F 2008 J. Hydrodyn. 20 567

    [26]

    Jung D, Lucke M 2002 Phys. Rev. Lett. 89 054502

    [27]

    Buchel P, Lucke M 2000 Phys. Rev. E 61 3793

    [28]

    Shen K, Zhang X 2002 Acta Phys. Sin. 51 2702 (in Chinese)[沈柯, 张旭 2002 物理学报 51 2702]

    [29]

    Zhang X, Shen K 2001 Acta Phys. Sin. 50 2116 (in Chinese)[张旭, 沈柯 2001 物理学报 50 2116]

    [30]

    Ni J, Liu H 2002 Physics 31 461 (in Chinese)[倪军, 刘华 2002 物理 31 461]

    [31]

    Taraut A V, Smorodin B L, Lucke M 2012 New J. Phys. 14 093055

    [32]

    Smorodin B L, Lucke M 2010 Phys. Rev. E 82 016310

  • [1] 张幸, 刘玉林, 李刚, 燕少安, 肖永光, 唐明华. 基于55 nm DICE结构的单粒子翻转效应模拟研究. 物理学报, 2024, 73(6): 066103. doi: 10.7498/aps.73.20231564
    [2] 丁明松, 傅杨奥骁, 高铁锁, 董维中, 江涛, 刘庆宗. 高超声速磁流体力学控制霍尔效应影响. 物理学报, 2020, 69(21): 214703. doi: 10.7498/aps.69.20200630
    [3] 郑来运, 赵秉新, 杨建青. 弱Soret效应混合流体对流系统的分岔与非线性演化. 物理学报, 2020, 69(7): 074701. doi: 10.7498/aps.69.20191836
    [4] 王新鑫, 迟露鑫, 伍光凤, 李春天, 樊丁. Ar-O2混合气体电弧的数值模拟. 物理学报, 2019, 68(17): 178102. doi: 10.7498/aps.68.20190416
    [5] 李志旋, 岳明鑫, 周官群. 三维电磁扩散场数值模拟及磁化效应的影响. 物理学报, 2019, 68(3): 030201. doi: 10.7498/aps.68.20181567
    [6] 丁明松, 江涛, 董维中, 高铁锁, 刘庆宗, 傅杨奥骁. 热化学模型对高超声速磁流体控制数值模拟影响分析. 物理学报, 2019, 68(17): 174702. doi: 10.7498/aps.68.20190378
    [7] 梁煜, 关奔, 翟志刚, 罗喜胜. 激波汇聚效应对球形气泡演化影响的数值研究. 物理学报, 2017, 66(6): 064701. doi: 10.7498/aps.66.064701
    [8] 黄茂静, 包芸. 湍流热对流近底板流态与温度边界层特性. 物理学报, 2016, 65(20): 204702. doi: 10.7498/aps.65.204702
    [9] 高新强, 沈俊, 和晓楠, 唐成春, 戴巍, 李珂, 公茂琼, 吴剑峰. 耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟. 物理学报, 2015, 64(21): 210201. doi: 10.7498/aps.64.210201
    [10] 刘扬, 韩燕龙, 贾富国, 姚丽娜, 王会, 史宇菲. 椭球颗粒搅拌运动及混合特性的数值模拟研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114501. doi: 10.7498/aps.64.114501
    [11] 于佳佳, 李友荣, 陈捷超, 吴春梅. Soret效应对具有自由表面的圆柱形浅池内双组分溶液热对流影响的实验研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224701. doi: 10.7498/aps.64.224701
    [12] 张义招, 包芸. 三维湍流Rayleigh-Bénard热对流的高效并行直接求解方法. 物理学报, 2015, 64(15): 154702. doi: 10.7498/aps.64.154702
    [13] 王平, 尹玉真, 沈胜强. 三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214401. doi: 10.7498/aps.63.214401
    [14] 高启, 张传飞, 周林, 李正宏, 吴泽清, 雷雨, 章春来, 祖小涛. Z箍缩Al等离子体X特征辐射谱线数值模拟及考虑叠加效应后的修正. 物理学报, 2014, 63(12): 125202. doi: 10.7498/aps.63.125202
    [15] 李哲, 江海河, 王礼, 杨经纬, 吴先友. 2 m Cr,Tm,Ho:YAG激光热退偏效应的数值模拟及实验研究. 物理学报, 2012, 61(4): 044205. doi: 10.7498/aps.61.044205
    [16] 蔡利兵, 王建国, 朱湘琴. 强直流场介质表面次级电子倍增效应的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 085101. doi: 10.7498/aps.60.085101
    [17] 兰宇丹, 何立明, 丁伟, 王峰. 不同初始温度下H2/O2混合物等离子体的演化. 物理学报, 2010, 59(4): 2617-2621. doi: 10.7498/aps.59.2617
    [18] 郑容森, 吕集尔, 朱留华, 陈时东, 庞寿全. 主干道交通流的路口效应. 物理学报, 2009, 58(8): 5244-5250. doi: 10.7498/aps.58.5244
    [19] 宁利中, 齐昕, 余荔, 周洋. 混合流体Rayleigh-Benard行波对流中的缺陷结构. 物理学报, 2009, 58(4): 2528-2534. doi: 10.7498/aps.58.2528
    [20] 江慧丰, 张青川, 陈忠家, 伍小平. 退火铝合金中Portevin-Le Chatelier效应的数值模拟研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2856-2859. doi: 10.7498/aps.55.2856
计量
  • 文章访问数:  5124
  • PDF下载量:  431
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-15
  • 修回日期:  2014-02-17
  • 刊出日期:  2014-05-05

/

返回文章
返回