物理学 > 流体动力学
[提交于 2022年5月6日
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标题: 无限普朗特数内部加热对流的严格尺度定律
标题: Rigorous scaling laws for internally heated convection at infinite Prandtl number
摘要: 新的界限被证明了关于平均垂直对流热输送,$\overline{\langle wT \rangle}$,对于无限普朗特数极限下的均匀内部加热(IH)对流。对于在等温边界之间的水平周期层中的流体,我们证明了$\overline{\langle wT \rangle} \leq \frac12 - c R^{-2}$,其中$R$是一个无量纲的“通量”雷诺数,用于量化内部加热的强度,以及$c = 216$。然后,$\overline{\langle wT \rangle} = 0$对应于仅由传导引起的垂直热输送,而$\overline{\langle wT \rangle} > 0$表示由于对流运动导致的向上垂直热输送的增强。 如果下边界是热绝缘体,则我们得到$\overline{\langle wT \rangle} \leq \frac12 - c R^{-4}$,其中$c\approx 0.0107$。这个结果意味着努塞尔数$Nu$,定义为总传热与导热传热的比值,满足$Nu \lesssim R^{4}$。这两个界通过将背景方法与流体温度的最小原理相结合,并利用 Hardy--Rellich 不等式来利用垂直速度和温度之间的联系而获得。在两种情况下,对$R$的幂律依赖性改进了之前已知的最佳界限,尽管这些界限在无限和有限普朗特数下都有效,但它们随着$R$指数级接近统一界限。
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