【摘 要】
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Rayleigh-B（?）nard（RB）对流是研究自然对流的经典模型。在实验研究中,侧壁的导热性对系统传热和流动结构的影响引起了广大研究者的注意,腔体的几何参数也因为会引起系统的流动结构变化而被大量研究。本文基于直接数值模拟,针对具有不同几何参数的方腔,研究了侧壁等温效应以及几何参数变化对系统传热以及流动结构的影响。主要研究内容分为以下两部分:（1）在具有不同宽高比、内部有Pr=5.3的对流介质
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Rayleigh-B（?）nard（RB）对流是研究自然对流的经典模型。在实验研究中,侧壁的导热性对系统传热和流动结构的影响引起了广大研究者的注意,腔体的几何参数也因为会引起系统的流动结构变化而被大量研究。本文基于直接数值模拟,针对具有不同几何参数的方腔,研究了侧壁等温效应以及几何参数变化对系统传热以及流动结构的影响。主要研究内容分为以下两部分:（1）在具有不同宽高比、内部有Pr=5.3的对流介质的二维方腔内,通过直接数值模拟研究了侧壁等温条件且侧壁温度为上下壁面平均温度对系统传热和流动结构的影响。研究发现侧壁等温效应能够增强系统的传热效率,而且对于传热增强的效果随着Ra数的增加而逐渐减弱。此外,在系统中发现了上下壁面Nu数不相等的情形,在宽高比为0.5和1时,分析表明这种不相等主要与大尺度羽流占据腔体中心区域并进行摆动的流动状态有关。然而,当宽高比为2和3时,此时的不相等主要与系统中出现的双涡结构有关。（2）数值研究了宽高比均为1、深高比不同、内部有Pr=5.3的对流介质的三维方腔热对流,考察了侧壁等温且温度为上下壁面平均温度对传热和流动结构的影响。研究发现,侧壁等温时流动从定常转为非定常的临界Ra数比经典RB对流小。与二维情形相同,三维侧壁等温系统中也发现了上下壁面Nu数的不相等情况,而且,此情况主要出现在流动刚刚由定常流动转为非定常流动附近的参数区间。三维系统中,侧壁等温效应同样会增强系统的传热效率。但是,进一步研究表明随着深高比的增加,侧壁对系统传热的影响逐渐减小。同时考察了Pr=0.7时深高比、宽高比均为1的方腔内侧壁等温对传热的和流动结构的影响。研究发现当Pr=0.7时系统没有出现上下壁面Nu数不相等的情形。而且不同Pr数下的Nu数相差不多,当Ra数较小时,Pr=5.3对传热增强的效果比Pr=0.7略强,随着Ra数的增加,增强效果几乎相等。
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