Теоретическое исследование перебросовых колебаний наножидкости в связанных каналах при учете зависимости вязкости среды от концентрации частиц

Авторы

  • Виталий Анатольевич Демин (Vitaliy Demin) Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Доминик Аллен (Dominik Zh. Allen) Новый колледж, Оксфордский университет
  • Роберт Бэнкс (Robert Banks) Санкт-Хью колледж, Оксфордский университет

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-3-12-19

Ключевые слова:

наножидкости, связанные каналы, тепловая конвекция, термодиффузионное разделение, перебросовые колебания

Аннотация

В работе проведено теоретическое исследование тепловой конвекции наножидкости в подогреваемых снизу связанных каналах. Рассматривались связанные каналы конечной высоты с твердыми высоко теплопроводными границами. Прямое численное моделирование основывалось на уравнениях в частных производных, полученных с помощью галеркинского осреднения по продольной координате.  Результирующие уравнения решались методом конечных разностей. По результатам расчетов показано, что нормальная термодиффузия в рассматриваемой конвективной среде оказывает решающее влияние на формирование специфических нелинейных перебросовых колебаний. В ходе численного моделирования были получены поля скорости, температуры и концентрации наночастиц в поперечном сечении на разной высоте каналов. Форма и период этих колебаний в зависимости от надкритичности были проанализированы для разных значений управляющих параметров. Квадратичная зависимость вязкости коллоидного раствора от концентрации наночастиц принималась во внимание в теоретической модели. Показано, что период перебросовых колебаний должен возрастать при уменьшении средней начальной концентрации наночастиц. Нормировка периода колебаний на критическое число Рэлея позволила получить универсальный закон, справедливый для наножидкостей c разными зависимостями вязкости от концентрации. Качественное сравнение показало согласие результатов расчета с известными экспериментальными данными.

Биография автора

Виталий Анатольевич Демин (Vitaliy Demin), Пермский государственный национальный исследовательский университет

кафедра теоретической физики, заведующий кафедрой

Библиографические ссылки

Gershuni G.Z., Zhukhovitskii E.M. Convective stability of incompressible fluids. Jerusalem: Keter Publishing House, 1976. 330 p.

Nield D. The thermohaline Rayleigh-Jeffreys problem. Journal of Fluid Mechanics, 1967, vol. 29, no. 3, pp. 545-558. doi:10.1017/S0022112067001028

Onsager L., Theories and problems of liquid diffusion. Annals of the New York Academy of Sciences, 1945, vol. 46, no. 5, pp. 241-265.

Glukhov A. F., Putin G. F. Convection of magnetic fluids in connected channels heated from below. Fluid Dynamics, 2010, vol. 45, no. 5, pp. 713-718.

Glukhov A. F., Demin V. A., Putin G. F. Binary-mixture convection in connected channels heated from below. Fluid Dynamics, 2007, vol. 42, no. 2, pp. 160-169.

Rudyak V.Ya. Viscosity of nanofluids – Why it is not described by the classical theories. Advances in nanoparticles, 2013, no. 2, pp. 266-279.

Sprenger L., Lange A., Odenbach S. Thermodiffusion in concentrated ferrofluids: A review and current experimental and numerical results on non-magnetic thermodiffusion. Physics of Fluids, 2013, vol. 25, 122002.

Landau L. D., Lifshitz E.M. Fluid mechanics. Course of Theoretical Physics. Vol. 6, 1966, 536 p.

Roache P. Computational fluid dynamics. Albuquerque, New Mexico, Hermosa Pub., 1976. 446 p.

Fletcher C.A.J. Computational techniques for fluid dynamics. Springer, 2005. 406 p.

Загрузки

Опубликован

2019-10-31

Выпуск

Раздел

Статьи (Regular articles)