Нелинейные режимы конвекции в слое жидкости, частично заполненном неоднородной пористой средой - Колчанова (Ekaterina Kolchanova) Екатерина Андреевна; Колчанов (Nikolay Kolchanov) Николай Викторович (Вестник Пермского университета. Физика, 2017)
Численно моделируется нелинейная задача о возбуждении конвекции в подогреваемом снизу горизонтальном слое однокомпонентной жидкости, частично заполненном неоднородной пористой средой в поле силы тяжести. Пористость и проницаемость среды зависят от вертикальной координаты. Пористый скелет делит полость с жидкостью на два слоя. Конвекция в насыщенном пористом слое и слое жидкости, расположенном над ним, описывается уравнениями в приближении Буссинеска. Фильтрация жидкости в порах подчиняется закону Дарси. Нелинейная задача решается методами Галеркина и конечных разностей. Линейная задача устойчивости равновесия моделируется с использованием метода стрельбы. Получены зависимости числа Нуссельта от надкритичности при фиксированном отношении толщин слоев и разных значениях градиента пористости. Показано, что, когда пористость растет с глубиной, конвекция возникает монотонно в виде длинноволновых валов, охватывающих всю систему. С увеличением надкритичности в жидком слое образуются дополнительные вихри, которые приводят к колебаниям. В случае среды с однородной пористостью или с пористостью, убывающей с глубиной, конвекция возбуждается в виде коротковолновых валов, локализованных в жидком слое. Их интенсивность нарастает с повышением надкритичности. Для однородной среды зафиксирован резкий рост теплового потока с увеличением надкритичности. Он связан с проникновением конвективного движения в пористый слой и усилением теплоотдачи от нижней горячей стенки полости.