底部加熱方形空氣層內之熱浮力自然對流

Abstract

本研究係針對空氣在一個底部加熱水平密閉空間內 (展弦比為 5x5) Rayleigh 數對空間流場結構轉變的影響。以不穩定的三維數值程式來模 擬，在對流項與擴散項分別採用三階上風與四階中央差分方式並配合 project method之流程來解。Rayleigh 數從稍稍高於臨界點的值增加到 足夠使流場轉變到不穩定狀態。我們可在此範圍預測各種不同流場的變化 當 Ra_f 等於 2000 時，彎曲與變形的渦捲沿著對角線排列，隨著 Ra 數 增加渦捲之曲率也變大; Ra 增加到 9100 時，流場變的有週期性，可以 看到幾近隋圓渦捲的生長與消逝;矩形的渦捲被角落的渦捲給圍繞;矩形渦 捲的消失;還有中間對流胞的合併。當 Ra 數從 9900 增加到 10000 時， 流場經歷很長時間且複雜的演變，最後達到穩態，形成直的渦捲且平行壁 面，我們發現在增加 Ra 數時有一個 reverse flow transition 產生。