РЕГУЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛОПОТОКА ПОСРЕДСТВОМ ОТНОШЕНИЯ ТОЛЩИН ПОДСЛОЕВ И СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТЕЧЕНИЯ В ДВУХСЛОЙНОЙ СИСТЕМЕ «ВОЗДУХ – ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ ПОРИСТАЯ СРЕДА»

Автор: Рафиль Вафавич Сагитов

Соавторы: Колчанова Екатерина Андреевна

Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет

Рассматривается задача о конвективном тепломассопереносе в системе, образованной двумя горизонтальными подслоями и ограниченной сверху и снизу твердыми проницаемыми плоскостями, на которых поддерживаются одинаковые температуры, и находящейся в условиях плоскопараллельного вертикального сквозного течения в поле тяжести. Нижний подслой содержит тепловыделяющую пористую среду, насыщенную воздухом. Верхний подслой заполнен только воздухом. Задача допускает аналитическое решение, соответствующее сквозному течению, названное основным и определяющее в явном виде температуру в подслоях [1].  

Число Нуссельта  для различных режимов течений определяется как отношение плотности полного теплового потока через границу между пористым и воздушным подслоями к плотности теплового потока за счет теплопроводности через эту же границу. При восходящем течении (Pe > 0) число Нуссельта Nu_b для основного течения растет, а при нисходящем течении (Pe < 0) – уменьшается с ростом скорости течения. Построены зависимости отклонения числа Нуссельта Nu при наличии валиковой конвекции на фоне основного вертикального течения от числа Нуссельта Nu_b в ее отсутствие от надкритичности r при различных соотношениях толщин подслоев и различных значениях числа Пекле, пропорционального скорости основного течения. В случае восходящего основного течения или в его отсутствие с увеличением отношения толщин воздушного и пористого подслоев растет тепловой поток из пористого подслоя в воздушный. В случае увеличения скорости восходящего основного, происходит рост теплопереноса из пористого в воздушный подслой. При достаточно большом отношении толщин подслоев или слабом нисходящем течении на его фоне реализуется конвективные валы, преимущественно локализованные в воздушном подслое. Увеличение скорости нисходящего течения приводит к уменьшению теплового потока из пористого подслоя в воздушный. При сравнительно малой относительной толщине воздушного подслоя или сильном нисходящем течении реализуются стационарные крупномасштабные конвективные режимы, охватывающие оба подслоя, которые на порядок повышают тепловой поток по сравнению с его значением при конвективных валах, локализованных преимущественно в воздушном подслое

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-71-10045, https://rscf.ru/project/21-71-10045/.

1. Kolchanova E., Sagitov R. Throughflow effect on local and large-scale penetrative convection in superposed air-porous layer with internal heat source depending on solid fraction // Microgravity Science and Technology. 2022. V. 34, N. 52. doi: 10.1007/s12217-022-09971-2