Термовибрационная конвекция псевдопластической жидкости в прямоугольной полости

Авторы

  • Светлана Анатольевна Никулина (Svetlana A. Nikulina) Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Анатолий Викторович Перминов (Anatoly v. Perminov) Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Татьяна Петровна Любимова (Tatyana P. Lyubimova) Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-3-14-23

Ключевые слова:

конвекция, вибрации, псевдопластическая жидкость, невесомость

Аннотация

Изучена термовибрационная конвекция псевдопластической жидкости в замкнутой прямо-угольной полости, находящейся в невесомости и совершающей продольные высокочастотные линейно-поляризованные вибрации. Градиент температуры перпендикулярен направлению вибраций. Приведена система уравнений термовибрационной конвекции псевдопластической жидкости Уильямсона. Задача решалась методом конечных разностей. Исследовано влияние вибраций на структуру и интенсивность течений. Величина вибрационного воздействия на жидкость определялась вибрационным числом Грасгофа. Получены зависимости максимума функции тока и числа Нуссельта, определяющего тепловой поток через границу полости, от вибрационного числа Грасгофа. Определены пороговые значения вибрационного числа Грасгофа и числа Нуссельта, соответствующие смене режима течения. При малых значениях вибрационного числа Грасгофа в полости наблюдается медленное четырехвихревое симметричное течение. С ростом вибрационного воздействия в полости возникает интенсивное трехвихревое движение, которое трансформируется в пятивихревое. Для пятивихревого течения существует область вибрационных чисел Грасгофа, где это течение носит колебательный характер. При усилении степени неньютоновсти жидкости изначально периодические колебания становятся хаотическими.

Библиографические ссылки

Gershuni G. Z., Zhukhovitskij E. M., Nepomnjaschij A. A. Ustojchivost' konvektivnyh techenij (Stability of convective flows). Moscow: Nauka, 1989, 320 pp. (In Russian).

Zen'kovskaya S. M., Simonenko I. B. Effect of high frequency vibration on convection initiation. Fluid Dynamics, 1966, vol. 1, no. 5, pp. 35–37.

Gershuni G. Z., Zhukhovitskij E. M. Free thermal convection in a vibrational field under conditions of weightlessness. Doklady Akad. Nauk SSSR, 1979, vol. 249, no. 3, p. 580–584 (In Russian)

Gershuni G. Z., Lyubimov D. V. Thermal Vibrational Convection. New York: Wiley, 1998. 358 p.

Gershuni G. Z., Zhukhovitskij E. M. Convective instability of a fluid in a vibration field under conditions of weightlessness. Fluid Dynamics, 1981, vol. 16, no. 4, pp. 498–504.

Semakin I. G. Hydrodynamic stability of convective flow of a non-Newtonian fluid in a vertical layer. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1977, vol. 32, no. 6, pp. 690–693.

Semakin I. G. Vibrational instability of stationary convection of a non-Newtonian fluid. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1978, vol. 35, no. 2, pp. 969–972.

Lyubimova, T.P., Lobov N. I., Lyubimov D. V. Konvektivnaya ustojchivost' zhidkosti Uil'yamsona v vertikal'nom sloe (Convective stability of Williamson fluid in vertical layer). Hydrodynamics. 1976, vol. 8, pp. 31−43 (In Russian).

Lyubimova T. P. Numerical investigation of convection in a viscoplastic liquid. Fluid Dynamics, 1977, no. 1, pp. 1–5.

Lyubimova T. P. Convective motions of a viscoplastic fluid in a rectangular region. Fluid Dynamics, 1979, no. 5, pp. 747–750.

Vikhansky A. On the onset of natural convection of Bingham liquid in rectangular enclosures. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 2010, vol. 165, pp. 1713–1716.

Turan O., Poole R. J., Chakraborty N. Aspect ratio effects in laminar natural convection of Bingham fluids in rectangular enclosures with differentially heated side walls. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 2011, vol. 166, pp. 208–230.

Turan, O., Chakraborty N., Poole R.J. Laminar Rayleigh-Benard convection of yield stress fluids in a square enclosure. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2012. Vol. 171–172. P. 83–96.

Lyubimova T. P., Perminov A. V. Stability of stationary plane-parallel flow of viscoplastic fluid between two differentially heated vertical plates. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2015, vol. 224, pp. 51–60.

Perminov A. V., Shulepova E. V. Influence of high-frequency vibrations on convective motion of non-Newtonian fluid. St. Petersburg State Polytech. Univ. J. Phys. Math. 3 (129). 2011. P. 169–175.

Perminov A.V. Stability of the rigid state of a generalized Newtonian fluid. Fluid Dynamics, 2014, vol. 49 (2), pp. 140–148.

Lyubimova T.P., Perminov A.V. Vibration effect on a stability of stationary flow of pseudoplastic fluid in vertical slot. Int. J. Heat Mass Transfer, 2018, vol. 126, pp. 545–556.

Perminov A. V., Lyubimova T. P. Stability of thermovibrational convection of a pseudoplastic fluid in a plane vertical layer. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2018, vol. 59, no. 7, pp. 1167–1178.

Lyubimova T. P., Perminov A. V., Kazimardanov M. G. Stability of quasi-equilibrium states and supercritical regimes of thermal vibrational convection of a Williamson fluid in zero gravity condi-tions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 129, pp. 406–414.

Загрузки

Опубликован

2020-09-23

Выпуск

Раздел

Статьи (Regular articles)