Блуждания зеркально отражающего погруженного диска в подогреваемом падающим излучением конвективном слое

Аннотация

Исследованы двумерные блуждания диска, погруженного на фиксированную глубину, но свободно плавающего в протяженном слое жидкости, подогреваемом падающим излучением. Движение тела в конвективном слое зависит от целого ряда факторов, таких как размеры тела, геометрия кюветы, физические свойства жидкости и тела. Основной упор в данной работе сделан на выявление роли степени однородности распределения нагрева подстилающей поверхности падающим излучением. Вычислительные эксперименты позволили не только проследить за движениями диска, но и показать полную трехмерную структуру конвективного течения для различных режимов. Выполнены верификационные лабораторные эксперименты, подтвердившие адекватность численных расчетов и прояснившие роль оптических свойств плавающего тела. Результаты расчетов выявили чувствительность системы к степени однородности падающего излучения. Изменение распределения излучения приводит к трансформации структуры крупномасштабной циркуляции. При однородном распределении формируется тороидальный вал с опусканием жидкости в центральной части, а при неоднородном распределении с максимумом нагрева в центре, наоборот, возникает вал с подъемом жидкости в центре. Поскольку движение плавающего тела определяется крупномасштабными течениями, их перестройка приводит к качественным изменениям пространственных и временных характеристик движения диска. Эксперименты с дисками, имеющими разный коэффициент пропускания излучения, показали, что если его значение достигает 0.4, блуждания диска прекращаются.