Конвекция в слоях жидкости и насыщенной пористой среды при наличии переменного теплового потока
Исследование возбуждения конвекции в двухслойной системе горизонтальных слоев чистой жидкости и пористой среды, насыщенной жидкостью, в поле тяжести за счет периодических колебаний температуры на нижней границе системы. Массоперенос в слоях жидкости.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 439,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
2
Размещено на http://www.allbest.ru//
Институт механики сплошных сред УрО РАН
Конвекция в слоях жидкости и насыщенной пористой среды при наличии переменного теплового потока
Е.А. Колчанова
Работа посвящена исследованию возбуждения конвекции в двухслойной системе горизонтальных слоев чистой жидкости и пористой среды, насыщенной жидкостью, в поле тяжести за счет периодических колебаний температуры на нижней границе системы.
Периодические температурные возмущения, например, суточные или сезонные, даже в отсутствие среднего градиента температуры могут приводить к возникновению конвективных движений жидкости, а значит, к усилению тепло- и массопереноса в слоях жидкости и насыщенной пористой среды. конвекция тепловой поток пористый
Линейная задача устойчивости равновесия в двухслойной системе чистая жидкость - пористая среда, насыщенная жидкостью, в поле тяжести при наличии постоянного вертикального градиента температуры изучалась в работах [1-3]. Найдено, что нейтральные кривые устойчивости равновесия при определенных значениях параметров задачи (отношения толщин слоев, проницаемости пористой среды, отношения теплопроводностей слоев и др.) имеют бимодальный характер.
Численное исследование влияния переменного теплового потока на возбуждение конвекции в однородной жидкости проводилось в работах [4-5], а в насыщенной пористой среде - в работах [6-9]. Установлено, что в отсутствие среднего градиента температуры, когда неоднородность температуры связана с ее колебаниями на границах, имеются интервалы частот, соответствующие резонансным областям неустойчивости. Определено, что при наличии среднего градиента температуры в некотором диапазоне параметров задачи, помимо резонансных областей, появляется основная полоса неустойчивости.
Рассматриваемая нами задача исследовалась численно с применением метода Галеркина и метода построения фундаментальной системы решений. Конвекция в слое чистой жидкости описывалась с помощью модели Буссинеска, а конвекция в слое насыщенной пористой среды - с помощью модели Дарси-Буссинеска.
Рис. 1. Нейтральные кривые устойчивости равновесия при наличии постоянного вертикального градиента температуры для различных значений проницаемости пористой среды.
Линейная устойчивость нестационарного равновесия, при котором отсутствует среднее течение жидкости в условиях переменного теплового потока, изучалось в рамках теории Флоке. Рассматривался случай периодического изменения теплового потока по ступенчатому закону с частотой и амплитудой . Исследовались низкие частоты модуляции теплового потока, когда можно пренебречь пространственной неоднородностью градиента температуры.
Нейтральные кривые устойчивости стационарного равновесия, полученные при наличии постоянного вертикального градиента температуры для различных значений безразмерной проницаемости пористого слоя на плоскости (где - число Релея для пористой среды, - волновое число), представлены на рис. 1. Области неустойчивости расположены выше кривых. Как видно из рисунка, нейтральные кривые бимодальны. При малых значениях неустойчивость определяется развитием коротковолновых возмущений, локализованных в слое чистой жидкости. С ростом проницаемости возмущения начинают проникать в пористый слой, и наиболее опасными становятся длинноволновые возмущения, охватывающие оба слоя.
Рис. 2. Карты устойчивости нестационарного равновесия при наличии переменного теплового потока для различных значений проницаемости пористой среды.
На рис. 2 изображены карты устойчивости нестационарного равновесия, полученные для переменного теплового потока в отсутствие среднего градиента температуры при различных значениях безразмерной проницаемости пористого слоя на плоскости (где - отношение числа Релея, определенного через амплитуду модуляции теплового потока, к статическому пороговому значению числа Релея наиболее опасных возмущений, - безразмерная частота модуляции, определенная через тепловые единицы и проницаемость пористого слоя). На рисунке слева направо чередуются резонансные области параметрической неустойчивости равновесия по отношению к субгармоническим (с периодом, вдвое большим периода модуляции) и синхронным (с периодом, равным периоду модуляции) возмущениям. Рост проницаемости пористого слоя приводит к значительному уменьшению безразмерной амплитуды модуляции градиента температуры и сокращению диапазона частот, соответствующего резонансным областям неустойчивости. Это объясняется тем, что в слоях с большей проницаемостью инерционные эффекты выражены сильнее по сравнению со слоями, имеющими низкую проницаемость, где значительно труднее возбудить конвекцию.
Список литературы
Любимов Д.В., Муратов И.Д. О конвективной неустойчивости в слоистой системе// Гидродинамика: Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 10. Пермь, 1977. С. 38-46.
Chen F., Chen C.F. Onset of finger convection in a horizontal porous layer underlying a fluid layer // J. Heat Transfer. 1988. V. 110, N 2. P. 403-409.
Zhao P., Chen C.F. Stability analysis of double-diffusive convection in superposed fluid and porous layers using a one-equation model // Int. J. Heat Mass Tran. 2001. V. 44, N 24. P. 4625-4633.
Venezian G. Effect of modulation on the onset of thermal convection // J. Fluid Mech. 1969. V. 35. P. 243-254.
Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конвекция как вид теплообмена, при котором тепло переносится самими струями газа или жидкости. Ее объяснение законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. Механизм, виды и основные особенности конвекции. Примеры конвекции в природе и технике.
презентация [870,2 K], добавлен 01.11.2013Законы фильтрации газированной жидкости, фазовые проницаемости. Методы расчета плоскорадиальной фильтрации с использованием функции Христиановича. Определение дебитов скважин при установившейся фильтрации газированной жидкости различными методами.
контрольная работа [586,5 K], добавлен 22.09.2013Исследование капиллярного подъема магнитной жидкости при воздействии электрического и магнитного полей. Изучение проявления действия пондеромоторных сил на жидкие намагничивающиеся среды и процессы релаксации заряда в тонких слоях магнитных жидкостей.
лабораторная работа [1,9 M], добавлен 26.08.2009Анализ и особенности распределения поверхностных сил по поверхности жидкости. Общая характеристика уравнения Бернулли, его графическое изображение для потока реальной жидкости. Относительные уравнение гидростатики как частный случай уравнения Бернулли.
реферат [310,4 K], добавлен 18.05.2010Постоянство потока массы, вязкость жидкости и закон трения. Изменение давления жидкости в зависимости от скорости. Сопротивление, испытываемое телом при движении в жидкой среде. Падение давления в вязкой жидкости. Эффект Магнуса: вращение тела.
реферат [37,9 K], добавлен 03.05.2011Исследование зависимости поверхностного натяжения жидкости от температуры, природы граничащей среды и растворенных в жидкости примесей. Повышение давления газов над жидкими углеводородами и топливом. Расчет поверхностного натяжения системы "жидкость-пар".
реферат [17,6 K], добавлен 31.03.2015Конвекция как перенос энергии струями жидкости или газа, ее закономерности и значение. Сферы и направления практического применения данного явления, и основные факторы, влияющие на его интенсивность. Классификация, разновидности и механизмы конвекции.
презентация [294,8 K], добавлен 14.04.2011Определение веса находящейся в баке жидкости. Расход жидкости, нагнетаемой гидравлическим насосом в бак. Вязкость жидкости, при которой начнется открытие клапана. Зависимость расхода жидкости и избыточного давления в начальном сечении трубы от напора.
контрольная работа [489,5 K], добавлен 01.12.2013Теория движения жидкости. Закон сохранения вещества и постоянства. Уравнение Бернулли для потока идеальной и реальной жидкости. Применение уравнения Д. Бернулли для решения практических задач гидравлики. Измерение скорости потока и расхода жидкости.
контрольная работа [169,0 K], добавлен 01.06.2015Гидродинамическая и тепловая стабилизация потока жидкости в трубе. Уравнение подобия для конвективной теплоотдачи. Теплоотдача к жидкости в кольцевом канале. Критические значения чисел Рейнольдса для изогнутых труб. Поправка на шероховатость трубы.
презентация [162,4 K], добавлен 18.10.2013Дифференциальные уравнения неустановившейся фильтрации газа. Основное решение линеаризованного уравнения Лейбензона. Исследование прямолинейно-параллельного установившегося фильтрационного потока несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте.
курсовая работа [550,5 K], добавлен 29.10.2014Поле вектора скорости: определение. Теорема о неразрывности струн. Уравнение Бернулли. Стационарное течение несжимаемой идеальной жидкости. Полная энергия рассматриваемого объема жидкости. Истечение жидкости из отверстия.
реферат [1,8 M], добавлен 18.06.2007Определение пористости материалов по капиллярному подъёму магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле. Методика оценки диаметра капилляров по измерению скорости капиллярного подъёма магнитной жидкости при помощи датчиков.
статья [1,2 M], добавлен 16.03.2007Конвективный теплообмен в однородной среде. Свободная (естественная) и вынужденная конвекции. Физические свойства жидкостей. Коэффициенты динамической вязкости, объемного (температурного) расширения жидкости. Гидродинамический пограничный слой.
презентация [100,5 K], добавлен 18.10.2013Выведение уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости - уравнения Стокса. Рассмотрение основных режимов движения жидкости в горизонтальных трубах постоянного поперечного сечения - ламинарного и турбулентного. Определение понятия профиля скорости.
презентация [1,4 M], добавлен 14.10.2013Реальное течение капельных жидкостей и газов на удалении от омываемых твердых поверхностей. Уравнение движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости. Истечение жидкости через отверстия. Геометрические характеристики карбюратора.
презентация [224,8 K], добавлен 14.10.2013Исследование распространения акустических возмущений в смесях жидкости с газовыми пузырьками с учетом нестационарных и неравновесных эффектов межфазного взаимодействия. Расчет зависимости фазовой скорости и коэффициента затухания в пузырьковой жидкости.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 15.12.2014Три случая относительного покоя жидкости в движущемся сосуде. Методы для определения давления в любой точке жидкости. Относительный покой жидкости в сосуде, движущемся вертикально с постоянным ускорением. Безнапорные, напорные и гидравлические струи.
презентация [443,4 K], добавлен 18.05.2019Уравнение неразрывности потока жидкости. Дифференциальные уравнения движения Эйлера для идеальной жидкости. Силы, возникающие при движении реальной жидкости. Уравнение Навье - Стокса. Использование уравнения Бернулли для идеальных и реальных жидкостей.
презентация [220,4 K], добавлен 28.09.2013Исследование электропроводности высокодисперсных коллоидов ферромагнетиков. Механизм электропроводности магнитной жидкости и возникновение анизотропии электропроводности её при воздействии магнитных полей.
доклад [45,9 K], добавлен 14.07.2007
