Адвективное вымывание локализованных конвективных структур в пористой среде

Аннотация

Рассмотрена тепловая конвекция в плоском горизонтальном слое пористой среды с твердыми непроницаемыми границами, на которых задан теплопоток. Пористая среда насыщена вязкой несжимаемой жидкостью, прокачиваемой вдоль слоя. В ряде физических систем первая неустойчивость в конвекции Рэлея-Бенара между теплоизолированными плоскостями является длинноволновой. Крупномасштабная конвекция, как в однородной жидкости, так и в пористой среде, в случае горизонтального слоя описывается похожими уравнениями. Уравнения отличаются лишь одним слагаемым, которое исчезает при определенных условиях (например, для двумерных потоков или бесконечных значений числа Прандтля). В обсуждаемой системе при неоднородном вдоль слоя вертикальном потоке тепла возможно возникновение локализованных конвективных структур в той области, где теплопоток превышает критическое значение, отвечающее однородному нагреву снизу и соответствующее началу конвекции в слое. При изменении скорости продольного прокачивания жидкости через слой система может находиться или в состоянии, когда локализованные конвективные структуры устойчивы и наблюдается монотонная или колебательная неустойчивость, или в состоянии, когда локализованное конвективное течение полностью вымыто из области его возбуждения. Вычисления проводились на основе амплитудных уравнений в длинноволновом приближении в рамках модели Дарси-Бусинеска в приближении малых отклонений значений теплопотока через границы от критических значений для случая однородного нагрева. Представлены результаты численного моделирования процесса вымывания локализованного течения из зоны его возбуждения при увеличении скорости продольного прокачивания жидкости через слой. Получены карты устойчивости для монотонной и колебательной неустойчивости основного состояния системы.