本文探討一圓形容器內水平圓柱間的暫態自然對流現象。圓形容器與外在 環境間為一絕熱邊界條件,兩圓柱表面則維持在一冷一熱的定溫狀態,容 器及圓柱間充滿的流體是為空氣。今將流體視為牛頓系流體,流體運動則 為二維流動並符合布氏假設(Boussinesq Approximation)。所用之工作流 體為空氣,因此 Pr=0.71。為求邊界附近的精確解析,靠近容器壁及兩內 圓柱附近使用圓柱坐標,其餘部分則採用實體吻合坐標。經坐標轉換後之 溫度~ 渦漩~ 流涵聯立統制方程式以中央差分展開,而以線鬆弛法(SOR) 解之。所探討的參數計有Ra數,內圓柱圓心至外圓形容器圓心間距 (s/d) ,兩內圓柱圓心連線與水平軸之夾角。由於所執行之例子其物理參數會落 在臨界值附近,因此其暫態過程會有不穩定的跳動現象,如此造成了收斂 速度會有逐漸變慢的趨勢,且需更小的鬆弛係數以維持其穩定性,此外時 間間距也將隨之而作適當的調整,致於格點測試所使用之例子為 Ra數等 於 100000,圓心間距 s/d=0.7 ,圓柱傾斜角度等於零度。暫態的數值 結果顯示,Ra數小於臨界值時,流場呈現左右搖動,且強度振盪起伏的現 象,但振盪幅度會隨時間而減小,最後達穩態。當Ra數等於臨界值時,其 流場強度及熱傳量會隨著時間呈週期性(Periodic)振盪。如Ra數落在臨界 值附近時,則其流場會出現似週期性(Quasi-Periodic)振盪。當Ra數大於 臨界值甚多時,則其將做紊亂 (Chaotic)的變化,也就是已經脫離層流, 而進入紊流狀態了。致於發生規則性振盪的時間,s/d= 0.7 較 s/ d=0.8333 來得早,而圓柱傾斜角度等於負90度,又較圓柱傾斜角度等於 零度時為早。而流場之振盪過程,主要是由於從冷熱圓柱衝出之冷熱兩氣 流,在容器內相互牽制所引起。
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