Возбуждение конвекции в системе слоев бинарного раствора и неоднородной пористой среды в поле высокочастотных вибраций

Возбуждение конвекции в системе слоев бинарного раствора и неоднородной пористой среды в поле высокочастотных вибраций

Автор: Колчанова Екатерина Андреевна, Колчанов Николай Викторович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 1 т.10, 2017 года.

Бесплатный доступ

Исследуется возникновение конвекции в системе горизонтальных слоев бинарного раствора и неоднородной пористой среды, насыщенной раствором. Система подвергается поперечным вибрациям высокой частоты в поле силы тяжести. Считается, что пористость среды линейно зависит от вертикальной координаты. Проницаемость оценивается по формуле Кармана-Козени при различных значениях безразмерного градиента пористости mz. Для описания конвекции жидкости при действии высокочастотных вибраций в поле силы тяжести применяется метод осреднения. Линейная задача устойчивости механического равновесия жидкости решается численно с помощью метода стрельбы. Определены значения критических параметров, соответствующих порогу возбуждения конвекции при подогреве системы снизу или сверху. При подогреве снизу отмечается резкая смена характера неустойчивости с изменением градиента пористости или интенсивности вибраций. Показано, что когда пористость растет с глубиной при mz = -0,2, неустойчивость обусловливается развитием длинноволновых возмущений, охватывающих жидкий и пористый слои. Когда же пористость убывает с глубиной при mz = 0,2, наиболее опасными становятся коротковолновые возмущения, локализованные в жидком слое. Для промежуточных значений градиента пористости -0,2z

Еще

Конвекция, двухслойная система, бинарная жидкость, неоднородная пористая среда, высокочастотные вибрации, поле силы тяжести

Короткий адрес: https://sciup.org/14320835

IDR: 14320835   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2017.10.1.5

Список литературы Возбуждение конвекции в системе слоев бинарного раствора и неоднородной пористой среды в поле высокочастотных вибраций

  • Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. -New York: Springer, 2013. -778 p.
  • Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. -М.: Наука, 1972. -392 с.
  • Gershuni G.Z., Lyubimov D.V. Thermal vibrational convection. -N.Y.: Wiley, 1998. -358 p.
  • Demin V.A., Gershuni G.Z., Verkholantsev I.V. Mechanical quasi-equilibrium and thermovibrational convective instability in an inclined fluid layer//Int. J. Heat Mass Tran. -1996. -Vol. 39, no. 9. -P. 1979-1991.
  • Зеньковская С.М. Действие высокочастотной вибрации на фильтрационную конвекцию//ПМТФ. -1992. -Т. 33, № 5. -С. 83-88.
  • Зеньковская С.М., Роговенко Т.Н. Фильтрационная конвекция в высокочастотном вибрационном поле//ПМТФ. -1999. -Т. 40, № 3. -С. 22-29.
  • Bardan G., Mojtabi A. On the Horton-Rogers-Lapwood convective instability with vertical vibration: Onset of convection//Phys. Fluids. -2000. -Vol. 12, no. 11. -P. 2723-2731.
  • Huppert H.E., Turner J.S. Double-diffusive convection//J. Fluid Mech. -1981. -Vol. 106. -P. 299-329.
  • Nield D.A. Onset of thermohaline convection in a porous medium//Water Resour. Res. -1968. -Vol. 4, no. 3. -P. 553-560.
  • Chen F., Chen C.F. Onset of finger convection in a horizontal porous layer underlying a fluid layer//J. Heat Transf. -1988. -Vol. 110, no. 2. -P. 403-409.
  • Hirata S.C., Goyeau B., Gobin D. Stability of thermosolutal natural convection in superposed fluid and porous layers//Transp. Porous. Med. -2009. -Vol. 78, no. 3. -P. 525-536.
  • 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. -Vol. 44, no. 24. -P. 4625-4633.
  • Jounet A., Bardan G. Onset of thermohaline convection in a rectangular porous cavity in the presence of vertical vibration//Phys. Fluids. -2001. -Vol. 13. -P. 3234-3246.
  • Bardan G., Knobloch E., Mojtabi A., Khallouf H. Natural doubly diffusive convection with vibration//Fluid Dyn. Res. -2001. -Vol. 28, no. 3. -P. 159-187.
  • Chen C.F., Chen F. Experimental study of directional solidification of aqueous ammonium chloride solution//J. Fluid Mech. -1991. -Vol. 227. -P. 567-586.
  • Tait S., Jaupart C. Compositional convection in a reactive crystalline mush and melt differentiation//J. Geophys. Res. -1992. -Vol. 97, no. B5. -P. 6735-6756.
  • Worster M.G. Natural convection in a mushy layer//J. Fluid Mech. -1991. -Vol. 224. -P. 335-359.
  • Worster M.G. Instabilities of the liquid and mushy regions during solidification of alloys//J. Fluid Mech. -1992. -Vol. 237. -P. 649-669.
  • Chen F., Lu J.W., Yang T.L. Convective instability in ammonium chloride solution directionally solidified from below//J. Fluid Mech. -1994. -Vol. 276. -P. 163-187.
  • Любимов Д.В., Муратов И.Д. О конвективной неустойчивости в слоистой системе//Гидродинамика. -Пермь, 1977. -№ 10. -С. 38-46.
  • Chen F., Chen C.F. Experimental investigation of convective stability in a superposed fluid and porous layer when heated from below//J. Fluid Mech. -1989. -Vol. 207. -P. 311-321.
  • Prasad V. Flow instabilities and heat transfer in fluid overlying horizontal porous layers//Exp. Therm. Fluid Sci. -1993. -Vol. 6, no. 2. -P. 135-146.
  • Любимов Д.В., Любимова Т.П., Муратов И.Д. Конкуренция длинноволновой и коротковолновой неустойчивости в трехслойной системе//Гидродинамика. -Пермь, 2002. -№ 13. -С. 121-127.
  • Kolchanova E., Lyubimov D., Lyubimova T. The onset and nonlinear regimes of convection in a two-layer system of fluid and porous medium saturated by the fluid//Transp. Porous. Med. -2013. -Vol. 97, no. 1. -P. 25-42.
  • Chen F., Hsu L.H. Onset of thermal convection in an anisotropic and inhomogeneous porous layer underlying a fluid layer//J. Appl. Phys. -1991. -Vol. 69. -P. 6289.
  • Si-Cheng Z., Qiu-Sheng L., Henri N.-T., Bernard B. Gravity-driven instability in a liquid film overlying an inhomogeneous porous layer//Chinese Phys. Lett. -2011. -Vol. 28, no. 2. -P. 024702.
  • Chen F. Salt-finger instability in an anisotropic and inhomogeneous porous substrate underlying a fluid layer//J. Appl. Phys. -1992. -Vol. 71. -P. 5222.
  • Любимов Д.В., Любимова Т.П., Муратов И.Д. Влияние вибраций на возбуждение конвекции в двухслойной системе пористая среда -однородная жидкость//Гидродинамика. -Пермь, 2004. -№ 14. -С. 148-159.
  • Любимов Д.В., Любимова Т.П., Муратов И.Д., Шишкина Е.А. Влияние вибраций на возникновение конвекции в системе горизонтального слоя чистой жидкости и слоя пористой среды, насыщенной жидкостью//МЖГ. -2008. -№ 5. -С. 132-143. (English version).
  • Колчанова Е.А., Любимов Д.В., Любимова Т.П. Влияние эффективной проницаемости среды на устойчивость двухслойной системы «однородная жидкость -пористая среда» в поле вибраций высокой частоты//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -Т. 5, № 2. -С. 225-232.
  • Lyubimov D., Kolchanova E., Lyubimova T. Vibration effect on the nonlinear regimes of thermal convection in a two-layer system of fluid and saturated porous medium//Transp. Porous Med. -2015. -Vol. 106, no. 2. -P. 237-257.
  • Колчанова Е.А. Исследование устойчивости и нелинейных режимов конвекции в двухслойных системах жидкость -пористая среда, насыщенная жидкостью/Дисс.. канд. физ.-мат. наук: 20.12.2012. -Пермь, ИМСС УрО РАН, 2012. -156 с.
  • Carman P.C. Fluid flow through granular beds//T. I. Chem. Eng.-Lond. -1937. -Vol. 15. -P. 150-166.
  • Fand R.M., Kim B.Y.K., Lam A.C.C., Phan R.T. Resistance to the flow of fluids through simple and complex porous media whose matrices are composed of randomly packed spheres//J. Fluids Eng. -1987. -Vol. 109, no. 3. -P. 268-273.
  • Katto Y., Matsuoka T. Criterion for the onset of convective flow in a fluid in a porous medium//Int. J. Heat Mass Tran. -1967. -Vol. 10, no. 3. -P. 297-309.
  • Глухов А.Ф., Путин Г.Ф. Экспериментальное исследование конвективных структур в насыщенной жидкостью пористой среде вблизи порога неустойчивости механического равновесия//Гидродинамика. -1999. -№ 12. -С. 104-119.
  • Глухов А. Ф., Любимов Д. В., Путин Г. Ф. Конвективные движения в пористой среде вблизи порога неустойчивости//ДАН СССР. -1978. -T. 236, № 3. -C. 549-551.
  • Kozlov V.G., Ivanova A.A., Evesque P. Sand behavior in a cavity with incompressible liquid under vertical vibrations//Europhys. Lett. -1998. -Vol. 42, no. 4. -P. 413-418.
  • Peppin S.S.L., Huppert H.E., Worster M.G. Steady-state solidification of aqueous ammonium chloride//J. Fluid Mech. -2008. -Vol. 599. -P. 465-476.
  • Bejan A. Convection heat transfer. -Wiley: New York, 2013.
  • Лобов Н.И., Любимов Д.В., Любимова Т.П. Численные методы решения задач теории гидродинамической устойчивости: Учеб. пособие. -Пермь: Изд-во ПГУ, 2004. -101 с.
  • Воеводин В.В. Вычислительные основы линейной алгебры. -М.: Наука, 1977. -304 с.
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©