0 мм, радіус області, що нагрівається - 50 мм.
У разі підігріву рідини в центрі моделі встановлюється режим течії, схематично зображений на рис. 21. Локальний нагрів в центральній частині дна створює вертикальний і горизонтальний градієнти температури. Горизонтальний градієнт температури призводить до утворення зворотної меридіональної осередку [5]. Перебіг в нижній частині направлено до центру, а над центральною частиною формується інтенсивне підйомне перебіг. У верхній частині шару радіальне рух спрямований до периферії. Таким чином, відбувається формування адвектівной течії.
На тлі основної течії, який займає весь шар, виникають вторинні рухи у вигляді конвективних струменів , які несуться основним потоком (Мал. 25). Вони утворюються близько нагрітої горизонтальній поверхні внаслідок нестійкого распрделенія температури в прикордонному шарі. Істотний вплив на формування вторинних конвективних течій надає розподіл температури - горизонтальний градієнт температури.
набігає вздовж дна потік холодної рідини забирає із собою висхідні конвективні струменя. Конвективні струменя формуються на деякій відстані від краю області, що нагрівається, якщо тепловий потік підтримується постійним, то це відстань практично не змінюється. Вони виникають періодично по часу, частота їх утворення зростає, а відстань між точками виникнення зменшується із зростанням подводимого теплового потоку.
Вторинні течії суттєво впливають на процеси тепло-массобмена в прикордонному шарі, тому їх дослідження представляє великий інтерес, як для фундаментальних, так і для прикладних завдань.
4.2 Кількісний опис формування вільної конвекції
.2.1 Результати CFX
Були розглянуті конвективні течії з постійним локалізованим нагріванням для води і масла. Фізичне час розрахунків 200 секунд, цього було достатньо для виходу на періодичний режим. Початкова температура для обох рідин 20 о С. Для кожної рідини розрахунки проводилися при режимах з варіацією потужності нагріву P : 5 Вт 10 Вт, 20 ВТ, 30 ВТ, 40 ВТ, 50 ВТ.
Були побудовані графіки залежності середньої кінетичної енергії, часу виходу в квазістаціонарне рух від потужності нагріву і графік залежності середньої кінетичної енергії від часу для всіх режимів. Так само побудований графік, що показує зміну періоду появи конвективної струменя в точці А (37.5 мм, 3.9 мм, 0 мм) залежно від потужності.
Порівняння результатів для режимів води і масла
На малюнку 27 представлений графік залежності середньої кінетичної енергії від часу при різної потужності нагріву. Значення середньої кінетичної енергії в шарі рідини визначається таким співвідношенням:. Графік показує, що збільшення потужності нагріву призводить до помітно більш інтенсивному конвективному течією рідини.
Так само видно, що з деякого моменту часу інтенсивність течії починає падати. Порівнюючи графіки середньої кінетичної енергії для води і масла (Рис. 27), можна спостерігати, що протягом води більш інтенсивно в порівнянні з плином масла. Так само спостерігаючи за поведінкою зміни кінетичної енергії масла, можна побачити, що воно відбувається з деякою періодичної пульсацією.
Дійсно, спостерігаючи за перебігом основного потоку рідини, можна побачити, що з часом відбувається встановлення періодичного режиму.
З графіка, представленого на малюнку 28, видно, що час встановлення періодичного режиму у води більше ніж у масла.
Час встановлення періодичного режиму t * було підраховано вручну - були досліджені графіки залежності повної температури від часу в точці А (Рис. 29), і знайдені моменти часу, після якого коливання температури періодично повторювалися. З цього графіка (Мал. 28) видно, що t * зменшується зі збільшенням потужності нагріву P.
Зміна середньої кінетичної енергії в залежності від P відбувається схожим лінійним чином, єдина відмінність полягає в тому, що величина середньої кінетичної енергії у разі води більше тієї ж величини в разі масла.
Як було відмічено раніше, конвективні струменя виникають у фіксованих, регулярно розташованих точках поверхні, якщо тепловий потік підтримується постійним. Конвективні струменя виникають періодично по часу.
Цікаво розглянути поведінку таких дрібномасштабних структур при різної потужності нагріву. Додавши точку спостереження А в безпосередній близькості до вогнища освіти конвективної ...
