Turbulent Rayleigh–Bénard convection described by projected dynamics in phase space
Turbulent Rayleigh–Bénard convection described by projected dynamics in phase space
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相空间投影动力学描述的湍流瑞利贝纳德对流
DOI：
10.1017/jfm.2015.495
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发表时间：
2015
影响因子：
3.7
通讯作者：
D. Lohse
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. Lülff;M. Wilczek;R. J. A. M. Stevens;R. Friedrich;D. Lohse
Rayleigh-Bénard对流，即由温度梯度驱动的两个平行板之间的流体流动，是研究热对流的理想设置。特别感兴趣的是湍流温度场的统计数据，我们正在调查和比较三种不同的几何形状，即在三维和二维的周期性水平边界条件的对流，以及在圆柱形容器中的对流，以确定的相似性和差异。为此，我们推导出一个精确的温度概率密度函数的演化方程。未封闭项表示为速度和热扩散的条件平均值，其从直接数值模拟估计。这个框架让我们通过揭示对流单体不同部分不同温度流体的平均演化来识别流体粒子的平均行为。我们将统计数据与Rayleigh-Bénard对流的动力学联系起来，从而更深入地了解温度统计和传输机制。我们发现，平均行为是由相空间中的闭合循环来描述的，该闭合循环重构了流体在底部加热、上升到顶板、冷却并再次下降的典型瑞利-贝纳德循环。详细的行为显示了这三种情况之间的细微差异。
Rayleigh–Bénard convection, i.e. the flow of a fluid between two parallel plates that is driven by a temperature gradient, is an idealised set-up to study thermal convection. Of special interest are the statistics of the turbulent temperature field, which we are investigating and comparing for three different geometries, namely convection with periodic horizontal boundary conditions in three and two dimensions as well as convection in a cylindrical vessel, in order to determine the similarities and differences. To this end, we derive an exact evolution equation for the temperature probability density function. Unclosed terms are expressed as conditional averages of velocities and heat diffusion, which are estimated from direct numerical simulations. This framework lets us identify the average behaviour of a fluid particle by revealing the mean evolution of a fluid with different temperatures in different parts of the convection cell. We connect the statistics to the dynamics of Rayleigh–Bénard convection, giving deeper insights into the temperature statistics and transport mechanisms. We find that the average behaviour is described by closed cycles in phase space that reconstruct the typical Rayleigh–Bénard cycle of fluid heating up at the bottom, rising up to the top plate, cooling down and falling again. The detailed behaviour shows subtle differences between the three cases.
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对流湍流的拉格朗日研究。
DOI：
10.1103/physreve.79.056301
发表时间：
2009
期刊：
Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
影响因子：
--
作者：
J. Schumacher
通讯作者：
J. Schumacher
湍流瑞利-贝纳德对流中的热传输
影响因子：
8.6
作者：
Xu;Bajaj;Ahlers
通讯作者：
Ahlers
DOI：
10.1103/physreve.84.026309
发表时间：
2011-08
期刊：
Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
影响因子：
--
作者：
K. Petschel;M. Wilczek;M. Breuer;R. Friedrich;U. Hansen
通讯作者：
K. Petschel;M. Wilczek;M. Breuer;R. Friedrich;U. Hansen
影响因子：
3.3
作者：
Ahlers, Guenter;He, Xiaozhou;Bodenschatz, Eberhard
通讯作者：
Bodenschatz, Eberhard
DOI：
10.1016/0021-8928(67)90210-9
发表时间：
1967
期刊：
Journal of Applied Mathematics and Mechanics
影响因子：
--
作者：
A. Monin
通讯作者：
A. Monin