Течение коллоида в горизонтальной ячейке при подогреве сбоку

Аннотация

На основе численного моделирования изучено влияние седиментации на конвективные течения коллоидных жидкостей, заполняющих подогреваемую сбоку горизонтальную ячейку. Решение системы нелинейных уравнений производилось методами конечных разностей с использованием явных схем. Обнаружено три конвективных режима, отличающихся пространственной структурой и поведением во времени. Переход между режимами сопровождается скачком безразмерного теплового потока. Приведены бифуркационные диаграммы режимов конвекции (зависимости интенсивности теплопотока от числа Релея). Показано, что при малом градиенте температуры существует слабое течение коллоидной суспензии, интенсивность которого на несколько порядков ниже течения в однородной жидкости при тех же параметрах. В течении со слабой интенсивностью концентрация перераспределяется так, что градиент плотности становится практически вертикальным, а тепловой поток в направлении поперек слоя при этом отсутствует. Переход от слабого течения к сильному, одновихревому, заполняющему всю ячейку, происходит жестким образом. Для порога перехода от слабого течения к интенсивному получена зависимость от числа Больцмана, характеризующего степень гравитационной стратификации. Еще одно течение - трехвихревое, имеющее промежуточную интенсивность, возникает при уменьшении числа Релея. Для всех обнаруженных типов течений демонстрируются поля функций тока и концентраций.