Динамика конвективной системы с плавающим протяженным теплоизолятором

Аннотация

Экспериментально изучено конвективное течение, возникающее в заполненной водой подогреваемой снизу и охлаждаемой сверху прямоугольной ячейке длиной L, шириной W и глубиной H, в которой на фиксированной высоте h свободно плавает теплоизолирующий диск, диаметр которого чуть меньше ширины полости. Такая система демонстрирует целый спектр режимов, включающий периодические перемещения диска вдоль полости, хаотические движения разного типа и снос диска на край полости без дальнейших перемещений. Характер возникающих в полости конвективных течений зависит, помимо основных для конвективных систем управляющих параметров чисел Рэлея, Прандтля и отношения размеров полости (L/H), от геометрических параметров связанных с плавающим диском: относительной высоты его положения (h/H) и отношения его размера к длине полости (D/L). Эксперименты выполнены для фиксированных W=100 мм, H=40 мм, D=98 мм и h=4 мм, но различных длин 170 мм < L < 500 мм. Показано, что периодические режимы возникают только в ограниченном диапазоне отношения размеров тела к размеру полости. При увеличении длины полости возникает хаотический режим движения с остановками диска, а при максимальной рассмотренной длине полости диск сносится в крайнее положение, выйти из которого не может. Методами цифровой трассерной визуализации поля скорости восстановлена структура конвективного течения на разных фазах возникающих периодических режимов.