No abstract

The results of comparative experiments on the convection of magnetic fluids and molecular binary fluid mixtures in connected vertical channels heated from below are discussed. In both media, near the equilibrium stability threshold, flows in the form of specific swing oscillations are observed. The results of the experiment form a basis for a three-component model for magnetic fluid convection which takes into account the thermodiffusion separation of the dispersion medium components and the weak sedimentation of magnetic particles. The results of numerical simulation and experiment are compared.The specific low-frequency convective ferrofluid oscillations in connected vertical channels, described in [1], surprisingly turned out to be qualitatively similar to the binary mixture oscillations. In the medias of both types, near the equilibrium stability threshold, periodic changes in the channel flow direction were observed. The nature of the convective oscillations of molecular binary mixtures was established, the theory of the phenomenon was developed, numerical and analytical calculations were carried out, and the results were described in a series of papers [2][3][4]. It was revealed that in these oscillations the determining role is played by the positive thermodiffusion of a heavy molecular admixture.In order to understand the nature of the convective oscillations in ferrofluids, novel comparative experiments were carried out with ferrofluids and aqueous sodium sulfate solutions. The experimental results obtained make a basis for formulating equations that describe the convection of the magnetic fluid as a three-component fluid consisting of a binary carrier filled with magnetic particles.

Проведено теоретическое исследование динамики тепловых плюмов (конвективных факелов на начальной стадии) в тонком вертикальном слое при центральном подогреве снизу. Расчеты выполнены в 3D-постановке с помощью открытого программного пакета OpenFOAM, представляющего собой интегрируемую платформу для численного моделирования задач механики сплошных сред. В ходе численного моделирования классифицированы четыре основных режима всплытия плюмов: вязко-теплопроводный, вязко-нетеплопроводный, невязко-теплопроводный, невязко-нетеплопроводный. Для разных режимов подъемного движения получены анимационные изображения, иллюстрирующие поведение тепловых плюмов в зависимости от времени. Проанализировано влияние формы ножки и головки конвективного факела на скорость всплытия. Численно изучено взаимодействие двух синхронно движущихся плюмов, дано объяснение формирования их общего теплового фронта. Theoretical investigation of the dynamics of free thermal plumes in a thin vertical layer has been performed for the case of a cavity heated from below by means of a dotted thermoelement. Three-dimensional numerical modeling has been carried out with the help of package OpenFOAM. This integrable platform is meant for calculations in the area of continuous media mechanics. Four basic plume growth types (viscous-diffusive, inviscid-diffusive, viscous-nondiffusive and inviscid-nondiffusive regimes) are found. Animated images for various lifting regimes are obtained to observe the time-dependent behavior of thermal plumes. The stages of plume formation in a relatively thin layer, its steady lifting and deceleration by the top boundary have been analyzed for different profiles of the plume front. The interaction of two synchronous plumes is studied numerically, and the formation of a common thermal front is demonstrated.Key words: convective jet in the early stage (thermal plume), thin vertical layer, numerical modeling, 3D-calculations, package OpenFOAM, interaction of plumes ВведениеКонвективные явления, сопровождающиеся образованием характерного грибообразного теплового поля, называемого в зарубежной литературе тепловым плюмом, широко распространены в природе [1]. Течение, вызванное сосредоточенным источником тепла и на начальной стадии порождающее тепловой плюм, как правило, представляет собой струйное движение жидкости в виде конвективного факела [2, 3]. Внутренняя область плюма всегда имеет отличную от остальной жидкости температуру, что позволяет качественно устанавливать его границы и классифицировать их по форме. В зависимости от вязкости и теплопроводности среды окружающая жидкость в определенной степени также оказывается вовлеченной в конвективное движение, что, собственно, и создает тепловой плюм. Следует заметить, что помимо проявлений в природе подобные конвективные структуры имеют место в различных технологических процессах.В естественных условиях с тепловыми плюмами часто приходится сталкиваться в геологии. Конвективные грибообразные структуры, возникающие в магматических расплавах, характеризуются гигантскими числами Прандтл...

No abstract