Устойчивость стационарного плоскопараллельного течения псевдопластической жидкости в плоском вертикальном слое
Автор: Перминов Анатолий Викторович, Любимова Татьяна Петровна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.7, 2014 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена исследованию конвективного течения псевдопластической жидкости между двумя параллельными вертикальными плоскостями, на которых поддерживаются постоянные разные температуры. Для описания реологического поведения жидкости использовалась модель Уильямсона. Стационарное решение задачи, соответствующее плоскопараллельному течению, получалось численно, методом конечных разностей. Расчеты показали, что псевдопластические свойства жидкости, по сравнению с ньютоновской жидкостью, приводят к уплощению профиля скорости стационарного течения вблизи экстремумов, при этом сами экстремумы сдвигаются в направлении твердых границ слоя. Исследование устойчивости стационарного течения относительно малых двумерных возмущений осуществлялось численно, с использованием пакета программ для исследования устойчивости неодномерных течений. Найдено, что, как и в случае ньютоновской жидкости, имеются две моды неустойчивости: монотонная гидродинамическая и колебательная тепловая. При малых значениях числа Прандтля за неустойчивость ответственны монотонные гидродинамические возмущения, при числах Прандтля, превышающих некоторое значение, - тепловые волны. Минимальное критическое число Грасгофа для обеих мод неустойчивости монотонно растет с увеличением вязкости при малых скоростях деформаций. Усиление псевдопластических свойств жидкости приводит к существенному понижению устойчивости стационарного течения относительно обоих типов возмущений. Пороговое значение числа Прандтля, определяющее смену типа неустойчивости, понижается с увеличением вязкости при малых скоростях деформаций.
Псевдопластичная жидкость, свободная конвекция, устойчивость, вертикальный слой
Короткий адрес: https://sciup.org/14320728
IDR: 14320728 | УДК: 532.5.013.4 | DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.3.27
Stability of the stationary plane-parallel flow of pseudoplastic fluids in a plane vertical layer
The paper deals with the investigation of a convective flow of pseudoplastic fluid between two parallel verticals plates kept at different uniform temperatures. Williamson’s model is used to describe the rheological behaviour of the fluid. The stationary solution of the problem which corresponds to the plane-parallel flow is studied numerically by the finite difference method. Calculations show that the pseudopalstic properties of fluid result in the flattening of the velocity profile near extrema in comparison with the Newtonian fluid and, moreover, the extrema are shifted to the layer boundaries. The stability of the stationary flow with respect to small two-dimensional perturbations is investigated using the software package for studying the stability of non-dimensional flows. It has been found that, similar to the case of Newtonian fluids, there are two instability modes: a monotonous hydrodynamic mode and an oscillatory thermal mode. At low Prandtl numbers the monotonous hydrodynamical perturbations are responsible for the stability loss, and at Prandtl numbers larger than a certain value the perturbations in the form of thermal waves are most dangerous. The minimal critical Grashof number for both instability modes grows monotonically with the increase of viscosity at small strain rates. The growth of the pseudoplastic properties of fluids leads to a substantial reduction in the stationary flow stability for both types of perturbations. The threshold value of the Prandtl number defining the instability type change decreases with increasing viscosity at small strain rates.
Список литературы Устойчивость стационарного плоскопараллельного течения псевдопластической жидкости в плоском вертикальном слое
- Любимова Т.П. О конвективных движениях неньютоновской жидкости в замкнутой полости, подогреваемой снизу//МЖГ. -1974. -№ 2. -С. 181-184.
- Гершуни Г.З. Жуховицкий Е.М. О двух типах неустойчивости конвективного движения между параллельными вертикальными плоскостями//Известия ВУЗов. Физика. -1958. -№ 4. -С. 43-47.
- Рудаков Р.Н. О малых возмущениях конвективного движения между вертикальными плоскостями.//ПММ. -1966. -Т. 30, № 2. -С. 362-368.
- Бирих Р.В., Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Рудаков Р.Н. О колебательной неустойчивости плоскопараллельного конвективного движения в вертикальном канале//ПММ. -1972. -Т. 36, № 4. -С. 745-748.
- Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений. -М.: Наука, 1989. -318 с.
- Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Шихов В.М. Об устойчивости конвективного течения жидкости с вязкостью, зависящей от температуры//ТВТ. -1975. -Т. 13, № 4. -С. 771-778.
- Stengel K.C., Oliver D.S., Booker J.R. Onset of convection in a variable-viscosity fluid//J. Fluid Mech. -1982. -Vol. 120. -P. 411-431.
- Chen Y.-M., Pearlstein A.J. Stability of free-convection flows of variable-viscosity fluids in vertical and inclined slots//J. Fluid Mech. -1989. -Vol. 198. -P. 513-541.
- Семакин И.Г. Гидродинамическая устойчивость конвективного течения неньютоновской жидкости в вертикальном слое//Инженерно-физический журнал. -1977. -Т. 32, № 6. -С. 1065-1070.
- Семакин И.Г. Колебательная неустойчивость стационарной конвекции неньютоновской жидкости//Инженерно-физический журнал. -1978. -Т. 35, № 2. -С. 320-325.
- Субботин Е.В., Труфанова Н.М., Щербинин А.Г. Численное исследование течений полимерных жидкостей в канале шнекового экструдера на основе одно-и двухмерных моделей//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -Т. 5, № 4. -С. 452-460.
- Любимова Т.П. Численное исследование конвекции вязкопластичной жидкости в замкнутой области//МЖГ. -1977. -№ 1. -С. 3-8.
- Любимова Т.П. О конвективных движениях вязкопластичной жидкости в прямоугольной области//МЖГ. -1979. -№ 5. -С. 141-144.
- Любимова Т.П. О стационарных решениях уравнений конвекции вязкопластичной жидкости, подогреваемой снизу, при учете температурной зависимости реологических параметров//Известия АН БССР. Серия физико-математических наук. -1986. -№ 1. -С. 91-96.
- Перминов А.В., Шулепова Е.В. Воздействие высокочастотных вибраций на конвективное движение неньютоновской жидкости//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. -2011. -Т. 3, № 129. -С. 169-175.
- Lyubimov D.V., Lyubimova T.P., Morozov V.A. Software package for numerical investigation of linear stability of multi-dimensional flows//Вестник ПГУ. Информационные системы и технологии. -2001. -№ 5. -C. 74-81.
- Перминов А.В. Устойчивость жесткого состояния обобщенной ньютоновской жидкости//МЖГ. -2014. -Т. 49, № 2. -С. 6-15.