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热对流湍流温度边界层剖面的双参数拟合特性

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 计算流体力学

对流现象广泛存在于各种自然现象和工程问题中。Rayleigh-Bénard (RB)湍流热对流是从众多自然现象中抽象出来的经典流体力学模型。在RB湍流热对流系统中上下导板附近存在两种不同类型的边界层，温度边界层和速度边界层，而温度边界层特性是热对流问题的主要研究对象之一。
Shishkina等在2015年和2017年分别根据不同的涡热扩散系数分布和流函数分布假设，提出的不同温度边界层理论。基于Shishkina等2015年的单参数温度剖面理论，对Pr>1的不同Ra数横向平均温度剖面拟合效果有极大的改进。2017年的双参数温度剖面理论不存在Pr数限制，可以对所有Pr数的温度剖面进行剖面拟合。本文在采用的热对流单参数湍流温度边界层理论，进行了大量二维湍流热对流温度边界层拟合工作的基础上，进一步对双参数湍流温度边界层理论开展研究。通过分析单参数和双参数理论的假设条件，发现双参数拟合参数a的取值在临近壁面将逼近单参数拟合参数a值，这使得在双参数拟合过程中参数a的选取是有限定的。由此，在进行双参数拟合的过程中，首先由单参数拟合得到的参数a值，而后再进行双参数拟合，选取另一个参数c值，大大减少了双参数拟合工作中由于可以多种组合造成的参数选取不确定性。讨论了系列二维RB湍流热对流DNS数值模拟的温度边界层剖面特性，并研究拟合过程中理论曲线参数a和c随Ra数和Pr数的变化特性。