【摘要】：熱對(duì)流是由于流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的傳熱機(jī)制,它廣泛存在于大氣環(huán)流,海洋環(huán)流等眾多系統(tǒng)中,湍流熱對(duì)流模型是建立于眾多自然對(duì)流現(xiàn)象之中典型流體力學(xué)模型。前人關(guān)于對(duì)流的研究多集中在光滑邊界,但實(shí)際真實(shí)的流場(chǎng)中,絕大多數(shù)物質(zhì)表面為粗糙面,所以對(duì)于粗糙邊界下的湍流熱對(duì)流研究十分重要。本實(shí)驗(yàn)中,我們通過(guò)將邊界制作成高與邊長(zhǎng)均為3mm的金字塔形來(lái)實(shí)現(xiàn)粗糙邊界條件。保持系統(tǒng)內(nèi)的普朗特?cái)?shù)Pr=6.8恒定不變,在Ra數(shù)的測(cè)量范圍為8.3×108～3.8×109的條件下,測(cè)量溫度分布與溫度脈動(dòng)情況,以了解熱量傳遞機(jī)理以及溫度的統(tǒng)計(jì)特性。本文在湍流熱對(duì)流中,進(jìn)行了內(nèi)部的熱邊界層波動(dòng)對(duì)內(nèi)部溫度θ(z)分布剖面以及溫度脈動(dòng)η(z)剖面影響的研究。隨著測(cè)量位置距離底板的距離z逐漸上升,我們發(fā)現(xiàn)了三個(gè)標(biāo)度率特性。在邊界層區(qū)附近,在熱邊界層厚度不同時(shí),我們測(cè)量得到的θ(z)與η(z)均會(huì)在熱邊界層厚度δ變化的情況下,得到對(duì)應(yīng)的分布特性θ(z/δ)與η(z/δ)具備自相似性。在邊界層之外的區(qū)域,由于θ(z)幾乎保持恒定不變,因此,我們引入另外一個(gè)表述溫度剖面的參數(shù)(?)(z)來(lái)描述邊界層之外的溫度變化情況,發(fā)現(xiàn)了溫度隨z/H(H為系統(tǒng)裝置高度)呈現(xiàn)對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系分布的對(duì)數(shù)分布區(qū):(?)= A1n(z/H)+ B,并在Ra數(shù)在8.3×108～3.8×109變化時(shí),發(fā)現(xiàn)了對(duì)數(shù)分布區(qū)內(nèi)幅值A(chǔ)隨Ra數(shù)變化的關(guān)系式A(Ra)=A0Raη。同樣,在邊界層之外的溫度脈動(dòng)研究中,我們發(fā)現(xiàn)得到的η(z)隨著z/H呈現(xiàn)出一個(gè)很好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系,η(z)～(z/H)ε,在本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)中測(cè)量得到的ε值為-1.45,并且該分布特性在Ra數(shù)處于8.3×108到3.8×109之間時(shí),保持一致。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O357.5;TK124
【圖文】：

分子微團(tuán)受熱導(dǎo)致內(nèi)部密度減小，從而在浮力的作用下，向上運(yùn)動(dòng)逐漸冷卻的過(guò)程中，由于流體微團(tuán)密度增大，從而在重力的作用下，。該對(duì)流傳熱過(guò)程廣泛存在于自然界，并在自然界中充當(dāng)傳熱的主要對(duì)流是地球物理重要的研究?jī)?nèi)容[1-3]，如海洋的洋流，大氣的流動(dòng)[4-6熱等均存在熱對(duì)流。在工業(yè)上，熱對(duì)流研究理論也有大量的運(yùn)用，比件的散熱片設(shè)計(jì)等。于前人的理論研究得出經(jīng)典的用于研究熱對(duì)流系統(tǒng)傳熱系統(tǒng)的模型gh-Bénard 對(duì)流模型（RBC）[7]。在這個(gè)模型中，我們把自然熱對(duì)流團(tuán)受熱上升與冷卻下降的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為：在流體底部放置一塊均勻恒溫，頂部為一塊均勻恒溫的冷卻板。通過(guò)底部加熱與頂部冷卻從而形成對(duì)流模型。它包含了所有上文中自然熱對(duì)流的特性，并進(jìn)行了合理地圖 1-1 所示，圖中藍(lán)色部分是頂板冷卻而導(dǎo)致液體向下運(yùn)動(dòng)形成等溫面部分隨后會(huì)形成的冷羽流[8]，紅色部分是由于底板加熱而導(dǎo)致液體向成等溫面，隨后會(huì)形成的熱羽流[8]，這些描述的正是分子微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的

熱量傳遞過(guò)程對(duì)于 RBC 系統(tǒng)內(nèi)部的。在 RBC 系統(tǒng)中，近年來(lái)有許多問(wèn)題尺度環(huán)流。其研究的問(wèn)題是在 RBC的一個(gè)途徑，如何從加熱的底板傳遞有助于對(duì)于熱量傳遞途徑的理解。人現(xiàn)：在靠近熱板以及冷板的板面處，，系統(tǒng)中近百分之八十的熱量都集界層脫離，從而形成熱羽流與冷羽流運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞。就是羽流的形成以及傳遞的過(guò)程，其羽流，對(duì)應(yīng)的紅色流體微團(tuán)是熱羽流冷板以及熱板脫離，并且向?qū)γ孢\(yùn)動(dòng)傳遞的過(guò)程，所以分布在流體中的熱礎(chǔ)，而研究溫度剖面特性，正是研究進(jìn)一步了解熱對(duì)流的溫度傳熱特性有

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