耦合热边界层流动及传热

This project will investigate the transition of coupled thermal boundary layers from a steady laminar flow to an unsteady periodic flow and heat transfer using anylitical, numerical and experimental methods. This study is aimed at: analyzing the structures of internal, external and combined flows of coupled thermal boundary layers based on the experimental and numerical results on different conditions; understanding the mechanism responsible for instability of coupled thermal boundary layers and the interaction between unstable flows at the two sides of the vertical wall; investigating the dependence of the transition of coupled thermal boundary layers from a steady to an unsteady flow on the governing parameters and the relationship between the critical Rayleigh number and the other parameters; investigating the dependence of heat transfer of internal, external and combined flows of coupled thermal boundary layers on the governing parameters. The results from this project may increase knowledge in the coupled effect of the flow, and may be further used in the design of the industrial equipment as new ideas.

本项研究将利用分析、数值以及实验测量等方法研究耦合热边界层从定常层流向非定常周期性流动的演化以及相应的传热。主要研究内容为：基于完成不同控制参数下的实验和数值模拟，分析和认识瞬态耦合热边界层内流，外流及混合流的基本流动结构；理解耦合热边界层不稳定流动形成机制以及垂直壁两侧不稳定流动的相互作用；研究耦合热边界层从定常层流到非定常周期性流动演化对控制参数的依赖，以期获得临界瑞利数与其它控制参数的定量关系；研究耦合热边界层内流，外流及混合流的传热对流动控制参数的依赖关系。本项研究获得的成果可以补充和扩展流动耦合效应方面的流体力学知识和概念，并可进一步应用到实际工业仪器设备的设计中，为其提供设计思路。

控制壁面传热效率是许多工业设备和工程实践的一项关键技术，而国内外学术界对壁面两侧耦合热流动等重要工程问题的研究依然薄弱。本项基金利用尺度分析，直接数值模拟以及实验测量等方法开展了壁面一侧和两侧耦合流动的研究。在该项基金的实施过程中，已在控制参数对热边界层对流以及传热影响研究上取得若干实质进展。研究结果表明两侧耦合热边界层流动可从定常向非定常演化，且该演化过程与瑞利数和普朗特数等控制参数有关，得到了主要的流动和传热的定量依赖关系式。此外，也获得了复杂几何形状壁面的一侧热对流的流动和传热的定量刻画。以上的研究成果可补充现有流体力学知识的缺失，也为进一步的工程设计提供基础性设计思路。研究成果的一部分已分别在国内外重要的学术会议上进行了交流，并已发表多篇高水平期刊研究论文（10篇SCI和4篇EI期刊论文，见研究成果）。.现有的研究进展表明该项基金的研究目标和任务已顺利完成。