Abstract. The paper deals with the investigation of critical perturbations structure in a horizontal layer of fluid with temperature inversion of density. The lower boundary of the layer is rigid and upper boundary is free and undeformable. The constant vertical heat flux is imposed at both boundaries. The thermocapillarity, evaporation and radiation are neglected. The temperature dependence of the density is assumed to be quadratic. The coordinate of the density inversion point which shows the position of the plane of maximal density in the fluid layer in the conductive state is used for the description of density inversion effect. The influence of the location of density inversion point on structure of critical perturbations is studied. It is shown that, depending on the location of the inversion point, velocity profile of longwave critical perturbations can have two-floor or three-floor structure. Stability to finitewavelength perturbations is studied for the entire range of their existence. The asymptotic formulas for critical values of the Rayleigh number and wave number are obtained, the structure of finite-wavelength critical perturbations .is determined.
Исследуется влияние интенсивности подогрева, выражаемой числом Грасгофа, на надкритические режимы тепловой конвекции талой воды в горизонтальной прямоугольной полости с аспектным отношением, равным двум. На боковых твердых границах выполняются условия теплоизолированности, а на нижней твердой и верхней свободной (горизонтальной и недеформируемой) гранях задан постоянный вертикальный поток тепла. При условии, когда средняя по полости температура близка к температуре инверсии плотности воды, в полости возможно состояние механического равновесия, в котором поверх неустойчиво стратифицированного слоя расположен устойчиво стратифицированный. Для двух случаев положения горизонтальной границы между этими слоями рассмотрена структура стационарной плоской надкритической тепловой конвекции. Расчеты проведены конечно-разностным методом на квадратной сетке с 128 узлами по горизонтальной координате и 64 -по вертикальной. Вычисления показали, что при равной толщине неустойчиво и устойчиво стратифицированных слоев надкритическая конвекция в области примерно до шести надкритичностей имеет в горизонтальном направлении двухячеистую структуру с двумя (большим снизу и более слабым сверху) вихрями в каждой из ячеек. Эта двухячеистая структура при увеличении надкритичности гистерезисным образом переходит в четырехячеистую. Для случая, когда толщина устойчиво стратифицированного слоя в три раза меньше толщины неустойчиво стратифицированного, надкритическое конвективное течение имеет вид вытянутой по горизонтали одновихревой ячейки. С увеличением числа Грасгофа до, примерно, стократной надкритичности течение остается в целом одновихревым и не испытывает бифуркаций.
The supercritical modes of water convection are investigated at room temperature in an elongated horizontal cavityes, with a width-to-height ratios of 2 : 1 and 3 : 1. The Prandtl number is assumed to be equal to seven. A constant heat flux is set at the upper free and lower solid boundaries, and the lateral solid boundaries are assumed to be thermally insulated. Calculations carried out by the finite-difference method for values of the Rayleigh number exceeding the critical one by up to thirty times have shown that in the indicated interval of Rayleigh numbers in both cavities in the supercritical region, a single-vortex steady state is realized
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.