Анализ мод крупномасштабной циркуляции жидкого натрия в эксперименте по турбулентной конвекции Релея–Бенара
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-2-65-73Ключевые слова:
конвекция Релея-Бенара, турбулентность, крупномасштабная циркуляцияАннотация
В работе представлены результаты экспериментального исследования турбулентной конвекции жидкого натрия в вертикальном цилиндре с единичным аспектным отношением, нагреваемом с одного торца и охлаждаемом с другого. Проведён подробный спектральный анализ температурных сигналов для экспериментов длительностью от 1 до 7 ч. Показано, что во всём диапазоне чисел Релея (0.6÷2.2)·107 турбулентное течение самоорганизуется в крупномасштабную циркуляцию (КМЦ), занимающую всю полость и имеющую сложную пространственно-временную структуру. Помимо основной моды в структуре течения присутствуют дополнительные, такие как слошинг и торсионные колебания. Разработанный алгоритм обработки экспериментальных данных позволил выделить данные моды и провести независимый анализ их характеристик. Долговременные замеры позволили обнаружить блуждание плоскости основной моды КМЦ с помощью разработанного алгоритма фильтрации экспериментальных данных. Процесс блуждания имеет непериодический характер и заключается в нерегулярных поворотах плоскости КМЦ преимущественно на углы порядка 40 – 50° на временных масштабах от единиц до десятков минут и, редко, на углы порядка 90° и даже на 180° на больших временных масштабах. Такие редкие события удалось зафиксировать на вейвлет-диаграммах в виде всплесков спектральной плотности энергии.Библиографические ссылки
Chillà F., Schumacher J. New perspectives in turbulent Rayleigh-Bénard convection. Eur. J. Phys. E, 2012, vol. 35, 58.
Hanasoge S. M., Duvall T. L. Jr., Sreenivasan K. R. 2012 Anomalously weak solar convection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, vol. 109 (30), pp. 11928–11932.
King E. M., Aurnou J. M. Turbulent convection in liquid metal with and without rotation. Proc Natl. Acad. Sci. USA, 2013, vol. 110(17), pp. 6688–6693.
Asai S. Electromagnetic Processing of Materials: Materials Processing by Using Electric and Magnetic Functions (Springer, Heidelberg), 2012.
Grötzbach G. Challenges in low-Prandtl number heat transfer simulation and modeling. Nucl. Eng. Des., 2013, vol. 264, pp. 41–55.
Kelley D. H., Sadoway D. R. Mixing in a liquid metal electrode. Phys. Fluids, 2014, vol. 26, 057102.
Ahlers G., Grossmann S., Lohse D. Heat transfer and large scale dynamics in turbulent Rayleigh-Bénard convection. Rev. Mod. Phys. 2009, vol. 81, pp. 503−537.
Xi H.-D., Xia K.-Q. Azimuthal motion, reorientation, cessation, and reversal of the large-scale circulation in turbulent thermal convection: A comparative study in aspect ratio one and one-half geometries. Phys. Rev. E, 2008, vol. 78, 036326.
Khalilov R., Kolesnichenko I., Pavlinov A., Mamykin A., et al. Thermal convection of liquid sodium in inclined cylinders. Phys. Rev. Fluids, 2018, vol. 3, 043503.
Kolesnichenko I., Khalilov R., Teimurazov A., Frick P. On boundary conditions in liquid sodium convective experiments. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 891, 012075.
Cioni S., Ciliberto S., Sommeria J. Strongly turbulent Rayleigh-Bénard convection in mercury: comparison with results at moderate Prandtl number. J. Fluid Mech., 1997, vol. 335, pp. 111−140.
Xi H.-D., Zhou S.-Q., Zhou Q., Chan T.-S., et al. Origin of the temperature oscillation in turbulent thermal convection. Phys. Rev. Letters, 2009, vol. 102, 044503.
Brown E., Ahlers G. The origin of oscillations of the large-scale circulation of turbulent Rayleigh-Bénard convection. J. Fluid Mech., 2009, vol. 638, pp. 383-400.
Zürner T., Schindl F., Vogt T., Eckert S., et al. Combined measurement of velocity and temperature in liquid metal convection. J. Fluid Mech., 2019, vol. 876, pp. 1108-1128.
Zwirner L., Khalilov R., Kolesnichenko I., Mamykin A., et al. The influence of the cell inclination on the heat transport and large-scale circulation in liquid metal convection. J. Fluid Mech., 2020, vol. 884, A18.
Zhou Q., Xi H.-D., Zhou S.-Q., Sun C., et al. Oscillations of the large-scale circulation in turbulent Rayleigh-Bénard convection: the sloshing mode and its relationship with the torsional mode. J. Fluid Mech., 2009, vol. 630, pp. 367–390.
Mamykin A. D., Kolesnichenko I. V., Pavlinov A. M., Khalilov R. I. Large scale circulation in turbulent Rayleigh-Bénard convection of liquid sodium in cylindrical cell. J. Phys.: Conf. Ser., 2018, vol. 1128, 012019.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
