Конвективная неустойчивость несжигаемой жидкости и ячейки Бернара

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: bestreferat, изложение 7 класс
| Добавил(а) на сайт: Набережнев.

( x

T =
0 a

(T/(y = 0

(T/(y = 0

y (

L T =
KT 0

Рис.4.1. Нестационарная конвекция вязкой несжимаемой жидкости в полости прямоугольного сечения
В отличие от стационарного случая, вопрос о конвективной неустойчивости нестационарного равновесия к настоящему времени изучен совершенно недостаточно. Известно лишь, что нестационарность существенно влияет на характеристики устойчивости и, в частности, на порог конвекции.
Особенности процесса разогрева иллюстрируются картами линий тока и изотерм, приведенными на рис.4.2. и рис 4.3., (l = 5;D = 0,5*106).
D = g(a5K/(3, P = (/(, где K – параметр, поределяющий темп нагрева, D – параметр, определяющий темп нагрева и интенсивность конвекции, l = L/a – относительная длина полости, а – ширина, L – длина полости, Р – число Прандтля
Из рисунков хорошо видно, как возмущения, первоначально возникшие вблизи боковых границ, развиваясь, привели к формированию (к моменту t=0,20) четырех вихрей. Теплое поле, остававшееся на начальной стадии почти теплопроводным (t=0,04; изотермы почти горизонтальны), под влиянием конвективных возмущений принимает сложньй характер, отражающий ячеистую структуру течения. На поздних стадиях процесса имеегся система восходящих и нисходящих струй, разделяющих конвектнвные вихри. В местах столкновения струй с горизонтальными границами наблюдается сильное сгущение изотерм; в этих местах достигаются экстремальные значения локальных тепловых потоков.
Обращает на себя внимание «взрывной» характер развития конвекции в момент t
= 0,07, очевидно, свидетельствующий о наступлении неустойчивости нестационарного равновесия.

[pic]

t = 0,20

[pic]

t = 0,12

[pic]

t = 0,08

[pic]

t = 0,06

[pic]

t = 0,04

Рис.4.2. l = 5, D = 0,5*106
Дальнейший рост интенсивности конвекции происходит путем колебаний, которые, несомненно, связаны с перестройкой вихревой структуры. Момент t =
0,2, до которого был прослежен процесс, еще не соответствует наступлению регулярного режима нагрева.Отмеченные особенности процесса - взрывной характер возникновения конвекции и формирование структуры, состоящей из нескольких вихрей, подтверждаются расчетами, проведенными для других значений параметров, с увеличением D уменьшается характерное время начала интенсивной конвекции.
Приведенные выше результаты относятся к развитию конвективных возмущений, первоначально зарождающихся вблизи торцов. Эти возмущения создавались ошибками округления при вычислении температуры на теплоизолированных
(торцевых) участках границы. В результате переходного процесса формируется симметричная относительно вертикальной оси полости система конвективных вихрей (рис.4.3.).
Представляется интересным выяснить, зависит ли форма нестационарной конвекции и время начала интенсивного движения от типа начального возмущения. Для ответа на этот вопрос были проведены специальные расчеты конвекции в квадратной полости (l = 1) для двух типов начального возмущения. Первый тип соответствовал уже описанным выше возмущениям на боковых границах. Эти возмущения развивались в систему двух симметричных вихрей противоположного знака. Второй тип возмущений соответствовал одновихревому движению. Для генерации этого движения в начальный момент времени создавалось надлежащее распределение температуры на нижней границе.

[pic]

t = 0,20

[pic]

t = 0,12

[pic]

t = 0,08

[pic]