Конвекция термогравитационная

Тепловые течения в поле силы тяжести называют часто тепловыми гравитационными, или термогравитационными, течениями, а также тепловой гравитационной (термогравитационной) конвекцией. — Прим. перев. [c.68]

В работе [61] рассматриваемую задачу решали с использованием приближенных дифференциальных уравнений пограничного слоя и получили некоторые численные решения. В уравнении движения не учитывались силы инерции. Следовательно, решения были справедливы, строго говоря, лишь в асимптотическом случае S Рг при большом числе Прандтля. Аналитическое решение, полученное в работе [52], также является асимптотическим S Рг, когда концентрационный механизм конвекции очень слаб по сравнению с термогравитационным. Эти решения будут рассмотрены в разд. 6.5. [c.360]

На рис. 11.9.3 показаны результаты расчетов для S = 0,94, Le =1,34 и Л = 0,5, А = 0, Л = —0,5. Видно, что действует тот же самый процесс фильтрации возмущений при их распространении вниз по течению, который был обнаружен при чисто термогравитационной естественной конвекции (см. разд. 11.2) и многократно подтвержден экспериментально. При совместной естественной конвекции усиление возмущений по G происходит медленнее с увеличением А . Изменение Л от О до —0,5 и -f0,5 оказывает противоположное воздействие на устойчивость течения. Значения oi в полосе частот фильтруемых возмущений практически не зависят от величины N. Поскольку расчеты проводились лишь при Le = 1,34, полученные результаты не позволяют надежно проверить влияние особенностей совместной естественной конвекции на устойчивость течения и механизмы развития возмущений. [c.101]

Экспериментальные исследования [Петренко, 1990] тонкой структуры полей температуры и скорости движения воды в остывающей со свободной поверхности пресной воде показали, что в первые секунды (от долей до нескольких секунд) с момента "включения" механизма испарения и теплообмена с воздухом возникает тепловая конвекция Марангони, к которой затем присоединяется начинающаяся позднее термогравитационная конвекция Рэлея. [c.62]

Элементарный эффект разделения, как правило, мал, поэтому разделение обычно проводят в термогравитационных колоннах, впервые описанных в работе [9]. Теории метода разделения посвящены работы [3, 10]. Элементарный термодиффузионный эффект, развивающийся в колоннах в горизонтальном направлении, усиливается за счет возникающей противоточной вертикальной термогравитационной конвекции. Молекулы компонента, направляющиеся вследствие термодиффузии к горячей стенке, увлекаются восходящим конвекционным потоком к верху колонны. Молекулы другого компонента бинарной смеси увлекаются нисходящим потоком вдоль холодной стенки к низу колонны. Таким образом, вдоль колонны устанавливается градиент концентрации. С другой стороны конвекционные потоки оказывают перемешивающее действие и уменьшают продольный эффект разделения. Равновесный градиент концентрации вдоль колонны является, таким образом, результатом динамического равновесия потоков термодиффузии, продольной и поперечной диффузии и конвекции. [c.256]

Одна из причин выравнивания относительного содержания примеси в расплаве-естественная конвекция-обусловлена зависимостью плотности жидкости от температуры и состава она возникает при наличии градиента температуры или концентрации, ориентированных определенным образом относительно гравитационного поля. При малых относительных содержаниях примесей главную роль играет термогравитационная конвекция, возможность возникновения которой оценивают числом Рэлея [c.38]

Наличие свободной поверхности жидкости создает условия для возникновения естественной термокапиллярной конвекции (эффекта Маран-гони) [93] в слое расплава толщиной до 10 мм, примыкающем к усадочной раковине. Эффект Марангони обусловлен температурной зависимостью поверхностного натяжения жидкости и по интенсивности перемешивания расплава сравним с термогравитационной конвекцией. Он играет заметную роль при выращивании монокристаллов методом Чохральского, при бестигельной зонной плавке и особенно-при кристаллизации веществ в условиях невесомости [94]. [c.39]

Влияние поля земного тяготения на коэффициенты распределения примесей отчетливо проявляется при сравнении результатов направленной кристаллизации образцов без принудительного перемешивания в направлении сверху вниз и снизу вверх [61]. Как показано, в разд. 2.5, в первом случае расплав интенсивно перемешивается потоками термогравитационной конвекции, во втором такое перемешивание в большей части жидкой фазы отсутствует. В условиях невесомости наблюдается лишь слабое перераспределение примесей в процессе направленной кристаллизации расплавов, обусловленное микрогравитацией и эффектом Марангони [94, 239]. [c.149]

Можно также записать и = и + и, где и — вектор пульсации скорости жидкости. Считая жидкость несжимаемой, пульсации плотности, давления, вязкости и теплопроводности учитывать не будем. Записанные в виде суммы средних значений и пульсаций мгновенные величины подставим в (4.56), (4.9) и (4.18) и проведем почленное усреднение этих уравнений. Для напорного течения (свободные поверхности отсутствуют) при пренебрежимо малом влиянии термогравитационной конвекции после этого получим систему усредненных уравнений конвективного теплообмена (уравнений Рейнольдса) для турбулентных течений жидкости [c.146]

Вынужденное движение происходит под действием сил, приложенных к жидкости вне рассматриваемой системы. Например, движение жидкости по трубам происходит за счет перепада давления, создаваемого насосом. Свободное движение обусловлено неоднородным распределением массовых сил, приложенных к частицам жидкости внутри системы. К массовым силам относятся сила тяжести, центробежная сила инерции и некоторые другие. Наиболее распространенным случаем свободного движения является термогравитационная конвекция в неравномерно нагретой жидкости, когда легкие частицы всплывают вверх, а тяжелые опускаются вниз. Горизонтальные слои жидкости будут находиться в состоянии устойчивого равновесия, если тяжелый слой расположен внизу, а легкий — вверху. Например, конвекция отсутствует в том случае, если нижний слой воды находится при температуре 4 °С, а верхний — при О °С, а также тогда, когда вода нагревается сверху. Вода вверху может закипеть, а внизу она останется холодной. При нагревании воды снизу холодные и, следовательно, более тяжелые слои будут наверху, а легкие (более нагретые) — внизу. Под действием силы тяжести холодные слои опускаются вниз и вытесняют нагретые вверх, в результате чего происходит перемешивание и нагревание воды во всем объеме. Работу по перемешиванию частиц жидкости совершает сила тяжести. [c.217]

Рассмотрим турбулентные течения, описываемые в рамках приближения Буссинеска для термогравитационной конвекции несжимаемой жидкости. Уравнения движения запишем в безразмерной форме [c.124]

Знание закономерностей теплообмена в около- и сверхкритической области параметров состояния вещества имеет особое значение для теплоэнергетики в связи с применением воды при сверхкритическом давлении в качестве рабочего тела на тепловых электрических станциях. Известно также, что на АЭС эффективно использовать воду при сверхкритических параметрах в первом контуре реакторов с естественной циркуляцией. Напомним, что для воды = 22,12 МПа, = 547,3 К, а в критической точке энтальпия /г р = 2150 кДж/кг. Специфика гидродинамики и теплообмена в около- и сверхкритической области параметров состояния вещества состоит в том, что здесь своеобразно и немонотонно изменяются физические свойства теплоносителей в зависимости от температуры и давления (рис. 10.9). Теплоемкость с , число Прандтля Рг имеют максимум при псевдокритической температуре Т . Как указывалось выше (см. 10.5), при Т = Г р коэффициент объемного расщирения р также имеет максимальное значение. Изменение свойств теплоносителя по радиусу и длине обогреваемой (или охлаждаемой) трубы приводит к тому, что внутри потока из-за разности плотностей в различных точках среды развивается свободная конвекция (см. 10.5), изменяется характер турбулентных переносов теплоты и количества движения, деформируется профиль скорости, что в конечном счете сказывается на интенсивности теплоотдачи. Кроме того, в той части потока, где температура близка к Т , вследствие резкого изменения плотности среды происходит ускорение теплоносителя (это ускорение называется термическим) при его нагревании и замедление при его охлаждении. Таким образом, термогравитационная конвекция и термическое ускорение — два фактора, которые могут оказывать существенное влияние на гидродинамику и теплообмен в случае применения теплоносителей при [c.278]

Под свободной конвекцией понимают движения жидкости, возникающие за счет сил Архимеда при наличии неоднородности плотности жидкости в поле массовых сил. В основном будем рассматривать термогравитационную конвекцию, т.е. случай, когда неоднородности жидкости связаны с ее неравномерным нагревом и течение возникает в поле силы тяжести. При этом будем иметь в виду жидкости, плотность которых падает с ростом температуры, т.е. ф/ЭГ < О (напомним, что аномальное поведе- [c.26]

Далее, откажемся от написания штрихов (не забывая при этом, что температура отсчитывается от среднего значения, а давление - от гидростатического давления) и запишем результат - систему уравнений для термогравитационной конвекции несжимаемой жидкости в приближении Буссинеска [c.29]

Выпишем уравнения термогравитационной конвекции в приближении Буссинеска, которые мы выводили в разделе 1.3 части 1 этого курса, [c.65]

Так к примеру, возникновение конвективного движения жидкости в сосуде, противоположные боковые стенки которого поддерживаются при различных температурах, объясняется тем, что при нормальных условиях плотность жидкости обычно уменьшается с ростом температуры. Более легкая жидкость у нагретой стенки стремится подняться вверх, а более тяжелая жидкость у противоположной стенки — опуститься. Это один из примеров проявления так называемой гравитационной (в данном случае термогравитационной) конвекции. [c.231]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция в слое жидкости [c.232]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 233 [c.233]

Совместное проявление термокапиллярной и термогравитационной конвекции. Рассмотрим теперь аналогичную задачу, когда одна из границ канала (верхняя) свободна и поверхностное натяжение а на ней зависит от температуры по линейному закону. В балансе касательных напряжений на свободной поверхности помимо вязких будут участвовать и термокапиллярные напряжения. Соответствующее граничное условие запишется в виде [c.234]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 235 [c.235]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 237 [c.237]

Под влиянием разности температур в вынужденном потоке жидкости может возникнуть термогравитационная конвекция. [c.97]

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЫНУЖДЕННОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ [c.98]

Таким образом, в данных условиях главный вклад в смешанный конвективный теплообмен вносит восходящая термогравитационная конвекция. [c.99]

Автору неизвестны прямые экспериментальные доказательства существования халинно-капиллярной конвекции, однако некоторые опытные данные могут быть объяснены с помощью рассмотренного механизма. В лабораторных экспериментах по исследованию термогравитационной конвекции в соленой и пресной воде, описанных в статье [Гинзбург и др. 1981], наблю- [c.62]

Бенар, проводя на рубеже столетий свои эксперименты, наблюдал установление правильной и устойчивой картины ячеек течения в тонком горизонтальном слое расплавленного спермацета со свободной верхней поверхностью [18]. Эти ячейки, получившие впоследствии название Бенара, были в основном шестиугольными, и вся картина напоминала пчелиные соты. Ее возникновение в настоящее время объясняют зависимостью поверхностного натяжения от температуры. Эксперименты Бенара (описанные, в частности, Кошмидером в его книге [7]) стимулировали активное изучение конвекции — как экспериментальное, так и теоретическое. Поэтому именно они считаются отправной точкой в формировании современных взглядов на конвекцию как на явление, связанное с важным классом гидродинамических неустойчивостей. И это несмотря на то, что исследования конвекции ведут свое начало с середины восемнадцатого столетия — с работ Джорджа Хэдли (Гадлея) и Михаила Васильевича Ломоносова, и несмотря на то, что впоследствии основное внимание уделялось конвекции, вызванной тепловой плавучестью, а не поверхностным натяжением. Более того, структура тепловой, или термогравитационной конвекции обычно отличается от структуры термокапиллярной конвекции во множестве важных случаев структуры тепловой конвекции бывают образованы квазидвумерными валами, а не трехмерными ячейками. [c.14]

Еще сам Бенар высказывал предположение, что в развитии наблюдавшихся им конвективных течений важную роль играет температурная зависимость коэффициента поверхностного натяжения. В дальнейшем это подтвердилось, и, по современной интерпретации, существование шестиугольных ячеек в опытах Бенара было обусловлено достаточно сильным термокапиллярным эффектомПри термогравитационной же конвекции, как правило, возникают валиковые структуры. Тем не менее, ошибочное утверждение, будто термогравитационный механизм в стандартных условиях сам по себе способен создать шестиугольные ячейки как предпочтительную форму конвективных структур, до сих пор встречается в литературе. Впрочем, нужно отл етить, что этот механизм вовсе не исключает возможности существования устойчивых шестиугольников при таких условиях — но в узком диапазоне значений. Это показывают некоторые недавние эксперименты и теоретические расчеты (см. п. 4.1.11). [c.64]

Термокапиллярный эффект. Первая экспериментальная работа, весьма определенно продемонстрировавшая роль поверхностного натяжения в формировании шестиугольных ячеек, принадлежит Блоку 82]. В частности, ему удалось наблюдать ячейки при К < Кс и даже при Д < 0), когда термогравитационный механизм отключен . Не вдаваясь в подробное обсуждение термокапиллярной конвекции, или конвекции Бенара—Марангони, порекомендуем читателю в качестве очень хорошего введения в этот предмет глав 1, 3 и 4 книги Кошмидера [7 [c.64]

Термокапиллярная конвекция исследована на сей день гораздо менее обстоятельно, чем термогравитационная. Существенные экспериментальные результаты были получены Кошмидером с соавторами [83-85]. Интересное сопоставление данных эксперимента и теории, касающихся отбора планформ при совместном действии двух неустойчивостей — термогразитационной и термокапиллярной — провели Перес-Гарсиа с соавторами [86]. При взаимодействии этих двух механизмов, как показали эксперименты [85], по мере увеличения ЛТ после возникновения бе-наровских ячеек их характерный размер вначале уменьшается, а затем начинает расти. Поскольку для термогравитационной конвекции характерен рост масштаба течения с ДТ (см. разд. 6.1), был сделан вывод, что при достаточно больших ДГ рэлеевский механизм преобладает. Имеются эксперименты по термокапиллярной конвекции в невесомости — при отключенном рэлеевском механизме — на борту космических аппаратов [87. [c.65]

Упругие свойства валов как взаимодействующих индивидуальных объектов играют существенную роль в общей динамике конвекции — в частности, в процессах отбора. Притом упругое взаимодействие валов, которое может препятствовать достижению тем или иным валом оптимальной ширины, существует и независимо от термогравитационных явлений. Гетлинг [274] выполнил расчеты течений, геометрически аналогичных валиковой конвекции в плоском слое, но при отключенной архимедовой силе (i2 = О, 0 = 0). Оказалось, что набор из нескольких валов (вихрей) расширяется независимо от того, была ли начальная ширина каждого вала немногим больше толщины слоя или превышала ее раза в 1,5-3,5. Можно сказать, что система валов находится под давлением . Поэтому в случае конвекции, когда валы стремятся к оптимальному масштабу, упругое взаимодействие валов препятствует их перестройке. Исключение могут составить лишь такие особые случаи, когда смещение границы между какими-нибудь двумя валами одновременно делает и тот, и другой вал более близким к оптимальному размеру. [c.170]

Хорошие условия для перемешивания расплава термогравитационной конвекцией создаются при вертикальной направленной кристаллизации вещества сверху вниз (см. рис. 13 а). Этот прием, применявшийся при зонной очистке некоторых органических веществ, мы использовали при кристаллизационном концентрировании ряда микропримесей в солях щелочных металлов [89-92] (см. гл. 4). Примечательной особенностью такой кристаллизации является образование осевой цилиндрической усадочной раковины (рис. 14), которое обусловлено различием плотности кристалла и расплава и прилипанием слитка к стенкам контейнера. Рассмотренный вариант направленной кристаллизации отличается от широко применяемого для выращивания монокристаллов метода Бриджмена-Стокбаргера [23, с. 176], в котором фронт кристаллизации движется снизу вверх, усадочная раковина не образуется, а термогравитационная конвекция в большей части расплава практически отсутствует. [c.39]

Движение называют вынужденным, если оно происходит за счет действия внешних сил, приложенных на границах системы (например, за счет перепада давления, создаваемого насосом или вентилятором), и свободным, если оно обусловлено действием неоднородного поля массовых сил (сил тяжести, сил инерции), приложенных к частицам среды (жидкости или газа) внутри системы. Типичным случаем свободного движения является термогравитационная конвекция, когда более нагретые частицы среды архимедовой силой выталкиваются вверх, а менее нагретые опускаются вниз. В ряде случаев вторичные токи свободной конвекции оказывают существенное влияние на процесс переноса теплоты при вынужденном движении среды. Эти случаи называют теплообменом при смешанной конвекции. [c.14]

Числом Грасгофа учитывается действие в потоке жидкости термогравитационной силы. Для смещанной конвекции [c.143]

Основные особенности смещанной конвекции можно выяснить, рассматривая течение жидкости около вертикальной пластины. Пусть вынужденное течение направлено снизу вверх, а температура пластины > Т о (рис. 9.7, а). В этом случае плотность жидкости около пластины меньще, чем вдали от нее. На частицы жидкости действуют термогравитационные силы, направленные вверх. Поскольку при этом ускорение направлено в ту же сторону, то скорость жидкости в пограничном слое возрастает. То же самое будет и в том случае, если вынужденное движение направлено сверху вниз, а < Т о- [c.259]

Следующее описание дает представле1ше о происходящем процессе. Пусть смесь находится в замкнутом пространстве прямоугольного сечения (см. диаграмму принципа работы термогравитационной колонны), и более лёгкие молекулы диффундируют в направлению к горячей стенке, а затем конвекцией перемещаются вверх. Допустим, что можно выделить два потока, в каждом из которых скорость постоянна по сечению, и они состоят из элементов объёма, в которых сохраняется постоянный состав. Предположим, что диффузия и конвекция протекают не одновременно, а как бы чередуясь. Первоначальный состав смеси пусть будет [c.107]

Влияние термогравитационных сил, т. е. свободной конвекции, на вынужденное течение отражает число Сг. Если оно мало, то течение будет вязкостным или вязкостноинерционным. При достаточно больших значениях числа Сг наблюдается переход к вязкостно-гравитационному или вязкостно-инерционно-грлвитационному течению. [c.56]

Термогравитационная конвекция. Рассмотрим движение вязкой жидкости в бесконечно протяженном слое постоянной толщины 2/г. Сила тяжести направлена перпендикулярно слою. На нижней плоской твердой поверхности поддерживается постоянный градиент температуры. Неоднородность поля температуры приводит к двум эффектам, способным вызвать движение жидкости термогравитационному, связанному с тепловым расширением жидкости и появлением архимедовых сил, и термокапиллярному (если вторая поверхность является свободной), связанному с появлением касательных напряжений на межфазной границе вследствие зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры. [c.232]

Рассмотрим первоначально случай только термогравитационной конвекции. Он соответствует ситуации, когда обе границы слоя = к ж = —Н являются теплоподводящими стенками, на которых поддерживается постоянный градиент температуры. Граничные условия в этом случае записываются в виде [c.233]

При сложных сопряженных задачах необход1имо учитывать влияние теплообмена на изменение условий взаимодействия на границах раздела в связи с их сильной зависимостью от температуры и плотности теплового потока, например при значительном лучистом теплообмене, фазовых переходах, интенсивной термогравитационной конвекции и т. п. К сопряженным зада-чам следует отнести и проблему локальной тепловой нестационарности, возникающей в окрестности поверхности твердого тела под влиянием интенсивных пульсаций температуры омывающего ее турбулентного потока жидкости или газа. [c.16]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология