【摘 要】
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Poiseuille-Rayleigh-Bénard（P-R-B）对流广泛存在于自然界和工业生产过程中,例如,大气流动过程、电子元器件的冷却过程、化学气相沉积（CVD）过程等。P-R-B对流是以Reynolds（Re）数为特征的水平压力梯度驱动的强迫对流和以Rayleigh（Ra）数为特征的垂直温度梯度驱动的Rayleigh-Bénard（R-B）对流相互耦合的混合对流过程,目前,很多学者已对满足
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目,密度极值流体 Poiseuille-Rayleigh-Bénard 对流稳定性及耗散结构研究,编号:52076017；
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Poiseuille-Rayleigh-Bénard（P-R-B）对流广泛存在于自然界和工业生产过程中,例如,大气流动过程、电子元器件的冷却过程、化学气相沉积（CVD）过程等。P-R-B对流是以Reynolds（Re）数为特征的水平压力梯度驱动的强迫对流和以Rayleigh（Ra）数为特征的垂直温度梯度驱动的Rayleigh-Bénard（R-B）对流相互耦合的混合对流过程,目前,很多学者已对满足Boussinesq假设的常规流体P-R-B对流进行了大量研究,但没有涉及到具有密度极值的流体的P-R-B对流。本文以具有密度极值特性的冷水P-R-B对流为研究对象,采用有限容积法对水平矩形流道内冷水的P-R-B对流进行了数值模拟,分析了密度倒置参数、Re数和Ra数对流型演变规律和传热性能的影响,确定了流型转变的临界条件,得到了不同流型时的传热性能,分析了底部周期性加热对P-R-B对流的影响。结果表明:（1）密度极值流体的密度倒置参数在P-R-B对流中起着重要的作用,随着密度倒置参数的增加,R-B对流发生的临界Ra数增大;与常规流体相比,R-B对流发生的临界Ra数增大。（2）在密度倒置参数一定的条件下,P-R-B对流流型取决于Poiseuille流动和R-B对流的相对强度。随着Ra数的增加,系统内将依次经历三种流动状态,即水平平行流动、局部行波流动和周期性行波流动。（3）当R-B对流较弱时,水平流动占主导地位,没有滚胞产生;当Ra数增加到超过某一临界值时,在流道内开始出现滚胞,无滚胞的入口段长度逐渐缩短,最终整个水平流道内都充满滚胞。随着Re数的增加,滚胞出现时所对应的临界Ra数增加。（4）当流动处于局部行波流动和周期性行波流动区时,二次热对流不断冲刷上、下壁面,底部壁面平均Nusselt（Nu）数增加。在局部行波流动区,平均Nu数随Ra数增大而增加的幅度较大,但在周期性行波流动区时,这种变化则比较平缓。（5）当底部壁面为周期性加热边界条件时,整个水平流道内只有部分区域存在对流滚胞。随着密度倒置参数的增加,整个水平流道内部分区域出现对流滚胞时所对应的临界Ra数也随之增加,说明随着密度倒置参数的增加,滚胞的形成更加困难。
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