加热水平圆形表面上的自然对流通往混沌的关键转变
摘要：加热圆形水平表面上发展的浮力流动的转变路径和分岔通过直接数值模拟和直接稳定性分析进行了阐述。在Rayleigh数（Ra）从$10^1$到$6\times10^7$的范围内，发现了一系列的分岔，该分岔导致Pr=7时流动向混沌状态过渡。当$Ra<1.0\times10^3$时，由于浮力流动在加热水平表面上主要是传导，因此不存在明显的热边界层和柱状体。当Ra=1.1\times10^6时，发生霍普分岔，导致流动从稳定态过渡到周期放大态。随着Ra的进一步增加，流动在Ra=1.9\times10^6时进入周期旋转态，这是一种极少在文献中讨论过的状态。通过谱分析和二维傅立叶变换（2DFT）对这些关键转变进行了诊断。此外，还通过在表面加热的边界条件中引入随机数值扰动进行了直接稳定性分析。发现当流动状态接近分岔点时（例如，Ra=2.0\times10^6时），流动对扰动是条件不稳定的，并且可以从旋转态提前分岔到摆动态。然而，对于相对稳定的流动状态，例如Ra=1.5\times10^6时，即使受到扰动，流动仍保持其周期放大态。
作者：Yuhan Jiang, Yongling Zhao, Jan Carmeliet, Bingchuan Nie, Feng Xu
论文ID：2308.11409
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-23