三維垂直矩形管不穩定空氣逆向混合對流

Abstract

本研究係以三維數值計算模擬不穩定空氣逆向(opposing)混合對流在單邊 加熱垂直矩形管道間其流場與溫度場的特性. 在數值模擬方面, 採用高階 差分法解方程式.無因次參數(雷諾數Re,如浮力對慣性力比值Gr/Re**2和 矩形截面高寬比A)的效應在本文中有詳細的探討. 同時特別強調流場從層 流(laminar)到混沌(chaotic)的流場和溫度場結構的暫態變化. 尤其小心 探討由浮力所引起的回流(reverse flow). 由結果顯示, 當增加逆向浮力 或減少雷諾數Re時, 流體過渡(transition)變遷遵循著Rulle-Taken 的途 徑直至混沌狀態. 當雷諾數Re大於 200, 流體的回流區出現於靠近壁面. 而雷諾數Re小於150,則回流區出現於離壁面一小段距離到中心平面(X= A/2)的地方. 在高Gr/Re**2時,則回流區在軸方向不斷增長,在低Gr/Re**2 流體到達穩態(steady)時, 預測流體對稱於中心平面X=A/2的地方.而流體 到達週期性(periodic),準週期性(quasi-periodic)或到混沌(chaotic)狀 態將有輕微的不對稱性. 最後, 值得注意的是減少高寬比A將使流體穩定 化.