【摘 要】
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本学位论文从自然界如建筑壁面上的对流流动中凝练出等温等热通量分布式加热垂直壁面上的自然对流系统这一新的流动模型。该自然对流系统的等温边界层与等热通量边界层可发生相互作用,会产生丰富的流动现象以及独特的热质输运规律。开展等温等热通量分布式加热垂直壁面上自然对流系统的研究既在流体力学和传热学等领域有重要的基础研究价值,相关结果亦可为建筑围护结构的节能等提供参考依据。该自然对流系统主要受到等温区瑞利数R
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本学位论文从自然界如建筑壁面上的对流流动中凝练出等温等热通量分布式加热垂直壁面上的自然对流系统这一新的流动模型。该自然对流系统的等温边界层与等热通量边界层可发生相互作用,会产生丰富的流动现象以及独特的热质输运规律。开展等温等热通量分布式加热垂直壁面上自然对流系统的研究既在流体力学和传热学等领域有重要的基础研究价值,相关结果亦可为建筑围护结构的节能等提供参考依据。该自然对流系统主要受到等温区瑞利数Rat、等热通量区瑞利数Raf、普朗特数和高度比的影响。本文重点关注Rat和Raf的影响,采用数值模拟和实验方法,获得了流动结构的时空演化,给出了传热的定量结果,分析了迎面流的周期行为,并在实验中验证了该自然对流系统的典型流动结构和周期特征。本文的主要研究内容和结论包括:（1）数值计算表明,在等温边界层和等热通量边界层的相互作用下,存在以下流动类别:等热通量边界位于上游的同向流、等温边界位于上游的同向流、迎面流和背向流。随着Rat和Raf的变化,每一类流动中的热边界层厚度和边界层流动速度表现出不同的时空分布特征。（2）等热通量边界层的入侵对对流系统总的传热有重要影响,主要体现在等热通量边界位于上游的同向流和迎面流两类流动中。当等热通量控制占主导时（Raf较大）,对流系统总的传热可降低约40%。（3）迎面流在特定的参数空间内可呈现出周期性流动特征。得到了其充分发展阶段的流动周期、努塞尔数与等温瑞利数的变化关系。此外,利用动态模态分解方法,获得了其全场流动模态和周期特征。随着瑞利数的增大,迎面流产生耦合射流从层流向周期流和混沌的转捩。（4）针对等热通量边界位于上游的同向流和迎面流两类流动开展了实验研究,观测到了周期性迎面流动的存在,获得了边界层的流动特征,验证了数值计算结果。
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