具有非Boussinesq效应的热对流稳定性和非线性演化

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11572314
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0901.湍流与流动稳定性
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Thermal convection is a flow widely existed in nature and engineering applications. Study on the onset and evolution mechanism of thermal convection has important scientific significance and great theoretical value in guiding engineering applications. Theoretical model for thermal convection is commonly based on Boussinesq approximation. However, thermal convection with large temperature difference in nature and engineering applications no longer obey the Boussinesq approximation, and so called non-Oberbeck-Boussinesq (NOB) effects exist. There are a few available research work on this issue. NOB effects can generally be divided into two categories, one is that the flow is still impressible while physical parameters change with temperature; the other is that the assumption of incompressible flow does not hold. The mechanisms of flow are much more complex due to the compressibility. By methods of direct numerical simulation and global stability analysis, this project is mainly to study onset, stability and nonlinear evolution of thermal convection with two kinds of NOB effects, explore the effects of NOB and coupled mechanisms of compressibility, thermal force and shearing of convection. In addition, instability and evolution of thermal convection are studied with system rotation effect. At high Rayleigh’s numbers, affects of NOB on heat transfer and flow structures are also investigated.
热对流是自然界和工程应用中广泛存在的流动,研究其形成与演化机制具有重要的科学意义,并对工程应用有重要的理论指导价值。常规的热对流理论模型多基于Boussinesq近似,然而自然界和工程应用中的很多大温差热对流并不满足Boussinesq近似,存在非Boussinesq效应,相应的研究还很少。非Boussinesq效应有两类,一是必需考虑物性参数随温度的变化,但不可压缩流动的假设依然成立,二是不可压缩流动假设不再成立,还需要考虑流体可压缩性的影响,流动机理更加复杂。本项目主要采用直接数值模拟和整体稳定性分析的方法,分别研究两类非Boussinesq效应下的热对流形成、稳定性及非线性演化规律,探讨非Boussinesq效应的影响,揭示可压缩效应与热力、对流剪切的耦合作用机制,并研究耦合系统旋转效应的热对流失稳与演化特性;在较高的瑞利数下,研究非Boussinesq效应对传热与流动结构的影响。

结项摘要

浮力驱动的湍流热对流现象广泛存在于自然界中。当对流温差较大时,存在非Boussinesq(NOB)效应,NOB效应分为不可压缩近似下的NOB-I效应和考虑弱可压缩性的NOB-II效应。本项目主要研究了两类NOB效应下热对流的形成、流动稳定性及非线性演化规律。具体包括:(1)结合线性稳定性分析和直接数值模拟,研究了密度极值导致的NOB-I效应对圆筒Rayleigh-Bénard(RB)对流和方腔RB对流的影响,发现圆筒RB对流中两类轴对称对流解的稳定性特征定性不同,获得了圆筒和方腔RB对流中的若干普适规律;(2)通过数值模拟,研究了NOB-II效应对二维方腔RB对流中流动反转的影响,发现了流动反转的新形式,与传统的流动反转在大尺度动力学行为上存在本质的不同,阐释了具有NOB-II效应时流动反转的动力学机制;(3)结合数值模拟和稳定性分析,揭示了含NOB-II效应的方腔RB对流的稳定性和非线性演化特性,发现NOB-II效应对线性稳定性和非线性演化的影响敏感地依赖于系统尺寸;(4)使用小马赫数方程数值研究了具有NOB-II效应的二维侧加热对流,发现靠近热板的速度边界层和温度边界层都变薄,中心温度有所提高,但是整体输运量对NOB-II效应很不敏感;(5)基于完全可压缩方程,通过线性稳定性分析研究了快速旋转球环中可压缩流体的对流失稳过程,发现其失稳过程对Prandtl数(Pr)和密度分层强度很敏感,得到了新的失稳模态,并证明了密度分层较强时滞弹性近似可能会失效。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Flow organization and heat transfer in two-dimensional tilted convection with aspect ratio 0.5
纵横比0.5的二维倾斜对流流动组织与传热
  • DOI:
    10.1063/1.5070132
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wang Qi;Wan Zhen Hua;Yan Rui;Sun De Jun
  • 通讯作者:
    Sun De Jun
Thermal Convection in a Tilted Rectangular Cell with Aspect Ratio 0.5
长宽比为 0.5 的倾斜矩形池中的热对流
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/34/10/104401
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    CHIN. PHYS. LETT.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qi Wang;Bo-Lun Xu;Shu-Ning Xia;Zhen-Hua Wan;De-Jun Sun
  • 通讯作者:
    De-Jun Sun
Bifurcations in penetrative Rayleigh-Benard convection in a cylindrical container
圆柱形容器中穿透瑞利-贝纳德对流的分岔
  • DOI:
    10.1007/s10483-019-2474-6
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Mechanics (English Edition )
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chuanshi Sun;Shuang Liu;Qi Wang;Zhenhua Wan;Dejun Sun
  • 通讯作者:
    Dejun Sun
Bifurcation analysis of laminar isothermal planar opposed-jet flow
层流等温平面对射流的分叉分析
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2016.09.007
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Computers & Fluids
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Liu Shuang;Wang Bofu;Wan Zhenhua;Ma Dongjun;Sun Dejun
  • 通讯作者:
    Sun Dejun
Linear and weakly nonlinear analysis of Rayleigh-Benard convection of perfect gas with non-Oberbeck-Boussinesq effects
具有非 Oberbeck-Boussinesq 效应的完美气体 Rayleigh-Benard 对流的线性和弱非线性分析
  • DOI:
    10.1017/jfm.2018.225
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Liu Shuang;Xia Shu-Ning;Yan Rui;Wan Zhen-Hua;Sun De-Jun
  • 通讯作者:
    Sun De-Jun

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微管道气体流动
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  • 发表时间:
    --
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    --
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  • 通讯作者:
    尹协远
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  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    10.7638/kqdlxxb-2020.0112
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    2020
  • 期刊:
    空气动力学学报
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    计算物理
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王伯福

其他文献

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湍流结构与复杂边界相互作用的致声机理和噪声控制
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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