Конвективная турбулентность в кубической полости при неоднородном нагреве нижней границы
Автор: Васильев Андрей Юрьевич, Сухановский Андрей Николаевич, Степанов Родион Александрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
Проблема интенсификации теплообмена при помощи неоднородных по пространству граничных условий представляет большой интерес. В данной работе исследуется влияние неоднородного непериодического распределения нагрева на структуру течения и конвективный теплопоток для существенно турбулентных режимов (Ra = 1,1·109). Численное моделирование конвективной турбулентности в кубической полости при неоднородном распределении нагрева на ее нижней границе выполнено с помощью открытого программного обеспечения OpenFoam 4.1. Представлены результаты для трех вариантов распределения областей нагрева, реализованного при помощи: локализованного нагревателя; девяти нагревателей одинакового размера, равноудаленных друг от друга; фрактального нагревателя. Во всех вариантах площадь нагрева одинакова. Обнаружено, что в случае неоднородного распределения нагреваемых областей в полости формируется крупномасштабная циркуляция, динамика и структура которой зависит от распределения температуры на ее нижней границе...
Конвекция, турбулентность, численное моделирование, кубическая полость
Короткий адрес: https://sciup.org/143167061
IDR: 143167061 | DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.2
Список литературы Конвективная турбулентность в кубической полости при неоднородном нагреве нижней границы
- Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективный течений. М.: Наука, 1989. 320 c.
- Зимин В.Д., Фрик П.Г. Турбулентная конвекция. М.: Наука, 1988. 178 c.
- Siggia E.D. High Rayleigh number convection//Annu. Rev. Fluid Mech. 1994. Vol. 26. P. 137-168.
- Ahlers G., Grossmann S., Lohse D. Heat transfer and large-scale dynamics in turbulent Rayleigh-Benard convection//Rev. Mod. Phys. 2009. Vol. 81. P. 503-537.
- Chilla F., Schumacher J. New perspectives in turbulent Rayleigh-Benard convection//Eur. Phys. J. E. 2012. Vol. 35. 58.
- Oztop H.F., Estelle P., Yan W.-M., Al-Salem K., Orfi J., Mahian O. A brief review of natural convection in enclosures under localized heating with and without nanofluids//Int. Comm. Heat Mass Tran. 2015. Vol. 60. P. 37-44.
- Sukhanovskii A., Evgrafova A., Popova E. Horizontal rolls over localized heat source in a cylindrical layer//Phys. Nonlinear Phenom. 2016. Vol. 316. P. 23-33.
- Miroshnichenko I., Sheremet M. Turbulent natural convection heat transfer in rectangular enclosures using experimental and numerical approaches: A review//Renew. Sustain. Energ. Rev. 2018. Vol. 82. P. 40-59.
- Castaing B., Gunaratne G., Heslot F., Kadanof L., Libchaber A., Thomae S., Wu X.-Z., Zaleski S., Zanetti G. Scaling of hard thermal turbulence in Rayleigh-Benard convection//J. Fluid Mech. 1989. Vol. 204. P. 1-30.
- Ripesi P., Biferale L., Sbragaglia M., Wirth A. Natural convection with mixed insulating and conducting boundary conditions: low-and high-Rayleigh-number regimes//J. Fluid Mech. 2014. Vol. 742. P. 636-663.
- Bakhuis D., Ostilla-Monico R., van der Poel E.P., Verzicco R., Lohse D. Mixed insulating and conducting thermal boundary conditions in Rayleigh-Benard convection//J. Fluid Mech. 2018. Vol. 835. P. 491-511.
- Titov V., Stepanov R. Heat transfer in the infinite layer with a fractal distribution of a heater//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 208. 012039.
- Toppaladoddi S., Succi S., Wettlaufer J.S. Roughness as a route to the ultimate regime of the thermal convection//Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 118. 074503.
- Большухин М.А., Васильев А.Ю., Будников А.В., Патрушев Д.Н., Романов Р.И., Свешников Д.Н., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетики//Вычисл. мех. сплош. сред. 2012. Т. 5, № 4. С. 469-480.
- Vasiliev A., Sukhanovskii A., Frick P., Budnikov A., Fomichev V., Bolshukhin V., Romanov R. High Rayleigh number convection in a cubic cell with adiabatic sidewalls//Int. J. Heat Mass Tran. 2016. Vol. 102. P. 201-212.
- Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations. I. The basic experiment//Mon. Weather Rev. 1963. Vol. 39, no. 3. P. 99-164.
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Ковёр_Серпинского (дата обращения: 09.01.2019)
- Vasiliev A., Frick P., Kumar A., Stepanov R., Sukhanovsky A., Verma M. Mechanism of reorientations of turbulent large-scale convective flow in a cubic cell. https://arxiv.org/pdf/1805.06718.pdf (дата обращения: 09.01.2019)
- Bai K., Ji D., Brown E. Ability of a low-dimensional model to predict geometry-dependent dynamics of large-scale coherent structures in turbulence//Phys. Rev. E. 2016. Vol. 93. 023117.
- Foroozani N., Niemala J.J., Armenio V., Sreenivasan K.R. Reorientations of the large-scale flow in turbulent convection in a cube//Phys. Rev. E. 2017. Vol. 95. 033107.
- Johnston H., Doering C.R. Comparison of turbulent thermal convection between conditions of constant temperature and constant flux//Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 102. 064501.
- Bailon-Cuba J., Emran M.S., Schumacher J. Aspect ratio dependence of heat transfer and large-scale flow in turbulent convection//J. Fluid Mech. 2010. Vol. 655. P. 152-173.
