中国科学院上海天文台-地球物理和天体物理流体力学系列讲座

报告题目：液态金属热对流流态演化与传热效率

报告人：谢毅超 副教授(西安交通大学)

报告地点: 三楼中会议室

报告时间：2024年 3 月 28 日（周四） 上午10:00

腾讯会议: 688-355-323

报告录像：液态金属热对流流态演化与传热效率-谢毅超（西安交通大学)

报告摘要：

以液态金属为工作流体的热对流广泛存在于地球内部对流和星体内部，其典型特点是极低的普朗特数。本报告将汇报以瑞利-伯纳德（Rayleigh-Benard convection，RB）对流为研究对象，以液态金属镓铟锡合金为工作流体的热对流系统流动状态演化规律和热输运特性。研究表明随着瑞利数(Ra)的增加，RB系统由对流状态演化到振荡、混沌、湍流转捩和充分发展的湍流态。流动状态的演化也反映在系统的热输运标度律中，实验结果表明，在对流启动临界瑞利数（Ra_c）附近，系统热输运的标度律指数为0.49，而在充分发展湍流态，其热输运标度律指数为0.25。此外，RB对流的典型特征是存在与系统特征尺度相当的大尺度环流，其起源一直是该领域的重要问题，研究发现液态金属对流中的大尺度环流起源于对流状态时就存在的涡胞结构，这与在常规流体（如空气和水）中大尺度环流起源于羽流的自组织行为具有本质区别。最后，将讨论空间约束效应对RB对流的影响，研究发现空间约束引入的致稳效应不但会推迟对流启动，而且会推迟所有的流态转变。如果用超临界瑞利数（Ra/Ra_c）来描述系统流态，研究发现空间约束会促进湍流转捩。通过直接数值模拟和线性稳定性分析揭示了湍流提前发生的机理，即：即空间约束越强，系统对流启动附近的涡结构越复杂，复杂涡结构之间的频繁转换促进了强空间约束时的湍流转捩。最后将讨论空间约束对系统传热效率的影响规律。

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