Вихревые структуры различных масштабов в неподвижном и вращающемся слое жидкости с локализованным нагревом
DOI:
Ключевые слова:
циклонический вихрь, локализованный нагрев, вращение, PIV, FlowVision, угловой моментАннотация
Проведено исследование формирования вихревых структур различных масштабов в неподвижном и вращающемся слое жидкости с локализованным источником тепла. В области подогрева вблизи дна кюветы образуется температурный пограничный слой, в котором формируются вторичные структуры. В широком диапазоне управляющих параметров вторичные течения представляют собой суперпозицию радиальных конвективных валов, направленных по направлению основной циркуляции и поперечного возмущения, сносимого к центру. Формирование поперечных структур носит периодический характер с частотой, которая растет с увеличением нагрева. Интенсивный циклонический вихрь в центральной части полости существует в достаточно узком диапазоне управляющих параметров. Уменьшение вязкости, рост нагрева или скорости вращения сначала приводят к потере осесимметричности вихря, а затем к его распаду. Показано, что потеря устойчивости циклонического вихря связана с перестройкой структуры радиального течения.
Библиографические ссылки
- Brown R.A., Etling D. Roll vortices in the planetary boundary layer: A review // Boundary-Layer Meteorology. - 1993. - Vol. 65. - № 3. - P. 215-248.
- Morrison I., Businger S., Marks F. An Observational Case for the Prevalence of Roll Vortices in the Hurricane Boundary Layer // Journal of Atmospheric Sciences. - 2005. - Vol. 62. - P. 2662-2673.
- Zhang J.A., Katsaros K.B. Black Effects of Roll Vortices on Turbulent Fluxes in the Hurricane Boundary Layer // Boundary-Layer Meteorology. - 2008. - Vol. 128. - P. 173-189.
- Sparrow E.M., Husar R.B. Longitudial vortices in natural convection flow on inclined plates // J. Fluid Mech. - 1969. - Vol. 37. - Pt. 2. - P. 251-255.
- Incropera F.P., Knox A.L., Maughan J.R. Mixed-convection flow and heat transfer in the entry region of a horizontal rectangular duct // Journal of Heat Transfer. - 1987. - Vol. 109. - P. 434-439.
- Benderradji A., Haddad A., Taher R. Characterization of fluid flow patterns and heat transfer in horizontal channel mixed convection // Heat and Mass Transfer. - 2008. - Vol. 44. - P. 1465-1476.
- Баталов В.Г., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Экспериментальное исследование спиральных валов в адвективном потоке, натекающем на горячую горизонтальную поверхность // Изв. РАН. МЖГ. - 2007. - № 4. - С. 39-49.
- Sukhanovsky A., Batalov V., Teymurazov A., Frick P. Horizontal rolls in convective flow above a partially heated surface // The European Physical Journal B - Condensed Matter and Complex Systems. - 2012. - Vol. 85. - № 1. - P. 1-12. DOI
- Богатырев Г.П. Возбуждение циклонического вихря или лабораторная модель тропического циклона // Письма в ЖЭТФ. - 1990. - Т. 51. - Вып. 11. - С. 557-559.
- Sukhanovskii A., Evgrafova A., Popova E. Laboratory study of a steady-state convective cyclonic vortex // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 2016. - Vol. 142. - Is. 698. - Р. 2214-2223. DOI
