Flow structures of turbulent Rayleigh-Bénard convection in annular cells with aspect ratio one and l

来源 :力学学报(英文版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingyun2008520
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We present an experimental study of flow structures in turbulent Rayleigh-Bénard convection in annular cells of aspect ratios Γ=1,2 and 4,and radius ratio ? 0.5.The convecting fluid is water with Prandtl number Pr=4.3 and 5.3.Rayleigh number Ra ranges 4.8 x 107≤Ra≤4.5×1010.The dipole state(two-roll flow structure)for Γ=1 and the quadrupole state(four-roll flow structure)for Γ=2 and 4 are found by multi-temperature-probe measurement.Nusselt number Nu is described by a power-law scaling Nu=0.11Ra0.31,which is insensitive to the change of flow structures.However,the Reynolds number Re is influenced by increasing aspect ratios,where Re is found to scale with Ra and Γ as Re~Ra0.46Γ-0.52.The normalized amplitudes of two flow structures as a function of Ra exist difference.Based on relative weights of the first four modes using the Fourier analysis,we find that the first mode dominates in Γ=1 cell,but the second mode contains the most energy in Γ=2 and 4 cells.With increasing Γ,the flow structures exhibit different characteristics.
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