Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính ổn định của dòng chảy nhiệt năng - đối lưu trong cầu chất lỏng với truyền nhiệt qua bề mặt tiếp xúc
Tóm tắt
Một cuộc điều tra thực nghiệm đã được thực hiện để nghiên cứu dòng chảy siêu tới hạn do sự kết hợp của lực nổi và lực nhiệt độ, trong một cột chất lỏng hình trụ không đồng nhất được đun nóng từ trên xuống (cầu chất lỏng). Vùng chất lỏng có bán kính 3mm và chiều cao 2.58mm, sử dụng n-decane. Bằng cách thay đổi nhiệt độ không khí trong buồng thí nghiệm thông qua việc điều chỉnh nhiệt độ ở bề mặt bên ngoài, các điều kiện tại điểm khởi phát bất ổn của dòng chảy, được xác định bằng giá trị tới hạn của sự chênh lệch nhiệt độ áp đặt, đã được xác định cho một số giá trị thể tích chất lỏng. Thực hiện “phân tích hỗn loạn” với dữ liệu thu được, nhiều chế độ khác nhau của dòng chảy siêu tới hạn đã được xác định. Các quan sát thực nghiệm được hỗ trợ bởi việc mô hình hóa máy tính của dòng chảy nhiệt đối lưu được thực hiện cho các điều kiện thí nghiệm, bỏ qua sự biến dạng của bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và khí. Kết quả cho thấy cấu trúc không gian của dòng chảy có thể thay đổi theo các điều kiện ngoại lai trong khí môi trường.
Từ khóa
#dòng chảy siêu tới hạn #lực nổi #lực nhiệt độ #cầu chất lỏng #phân tích hỗn loạn #mô hình hóa máy tính #truyền nhiệtTài liệu tham khảo
Bejan, A., Kraus, A.D.: Heat Transfer Handbook. Wiley, New York (2003)
Cao, L.: Practical method for determining the minimum embedding dimension of a scalar time series. Physica. D 110, 43–50 (1997)
Chang, C.E., Wilcox, W.R.: Analysis of surface tension driven flow in floating zone melting. Int. J. Heat Mass Transfer 19, 355–366 (1976)
Chun, C.H., Wuest, W.: Experiments on the transition from the steady to the oscillatory Marangoni-convection of a floating zone under reduced gravity effect. Acta. Astronaut. 6, 1073–1082 (1979)
Gaponenko, Y., Shevtsova, V.: Heat transfer through the interface and flow regimes in liquid bridge subjected to co-axial gas flow. Microgravity Sci. Technol. 24 (4), 297–306 (2012)
Kamotani, Y., Matsumoto, S., Yoda, S.: Recent Developments in Oscillatory Marangoni Convection. FDMP: Fluid Dyn. Mater. Process. 3 (2), 147–160 (2007)
Kamotani, Y., Wang, L., Hatta, S., Wang, A., Yoda, S.: Free surface heat loss effect on oscillatory thermocapillary flow in liquid bridges of high Prandtl number fluids. Int. J. Heat Mass Transfer 46 (17), 3211 (2003)
Kays, W.M., Crawford, M.E.: Convective heat and Mass Transfer. McGraw-Hill, New York (1980)
Kuhlmann, H.C.: Thermocapillary Convection in Models of Crystal Growth, Springer Tracts in Modern Physics, 152, p 224. Springer-Verlag, Berlin (1999)
Lappa, M.: Review: possible strategies for the control and stabilization of Marangoni flow in laterally heated floating zones. FDMP: Fluid Dyn. Mater. Process. 1 (2), 171–188 (2005)
Melnikov, D.E., Shevtsova, V.M.: Thermocapillary convection in a liquid bridge subjected to interfacial cooling. Microgravity Sci. Technol. XVIII-3/4, 128–131 (2006)
Melnikov, D.E., Shevtsova, V.M.: The effect of ambient temperature on the stability of thermocapillary flow in liquid column. accepted Publ. Int. J. Heat Mass Transfer (2014)
Melnikov, D.E., Shevtsova, V.M., Legros, J.C.: Onset of temporal aperiodicity in high Prandtl number liquid bridge under terrestrial conditions. Phys. Fluids 16, 1746–1757 (2004)
Melnikov, D. E., Shevtsova, V. M., Legros, J. C.: Route to aperiodicity followed by high Prandtl-number liquid bridge. 1- g case. Acta Astronautica 56 (6), 601–611 (2005)
Melnikov, D. E., Pushkin, D., Shevtsova, V. M.: Accumulation of particles in time-dependent thermocapillary flow in a liquid bridge. Modeling of experiments. Eur. Phys. J. Spec. Top. 192, 29–39 (2011)
Melnikov, D. E., Pushkin, D., Shevtsova, V. M.: Synchronization of finite-size particles by a traveling wave in a cylindrical flow. Phys. Rev. Lett. 25, 092108 (2013)
Melnikov, D.E., Takakusagi, T., Shevtsova, V.M.: Enhancement of evaporation in presence of induced thermocapillary convection in a non-isothermal liquid bridge. Microgravity Sci. Technol. 25 (1), 1–8 (2013)
Melnikov, D. E., Pushkin, D. O., Shevtsova, V. M.: Synchronization of finite-size particles by a traveling wave in a cylindrical flow. Phys. Fluids 25, 092108 (2013)
Mialdun, A., Shevtsova, V.M.: Influence of interfacial heat exchange on the flow organization in liquid bridge. Microgravity Sci. Technol. XVIII-3/4, 146–149
Preisser, F., Schwabe, D., Scharmann, A.: Steady and oscillatory thermocapillary convection in liquid columns with free cylindrical surface. J. Fluid Mech. 126, 545–567 (1983)
Pushkin, D., Melnikov, D. E., Shevtsova, V. M.: Particle self-ordering in periodic flows. Phys. Rev. Lett. 108, 249402 (2012)
Schwabe, D.: Hydrothermal waves in a liquid bridge with aspect ratio near the Rayleigh limit under microgravity. Phys. Fluids 17 (1–8), 112104 (2005)
Schwabe, D., Scharmann, A.: Some evidence for the existence and magnitude of a critical Marangoni number for the onset of oscillatory flow in crystal growth melts. J. Cryst. Growth 6, 125–131 (1979)
Shevtsova, V.M., Legros, J.C.: Thermocapillary motion and stability of strongly deformed liquid bridges 10, 1621–1634 (1998)
Shevtsova, V.M., Mojahed, M., Legros, J.C.: The loss of stability in ground based experiments in liquid bridges. Acta Astronautica 44, 625–634 (1999)
Shevtsova, V.M., Melnikov, D.E., Legros, J.C.: Three-dimensional simulations of hydrodynamic instability in liquid bridges: Influence of temperature-dependent viscosity. Phys. Fluids 13, 2851–2865 (2001)
Shevtsova, V.M., Melnikov, D.E., Legros, J.C.: Multistability of the oscillatory thermocapillary convection in liquid bridge. Phys. Rev. E 68 (1–13), 066311 (2003)
Shevtsova, V.M., Mialdun, A., Mojahed, M.: A study of heat transfer in liquid bridges near onset of instability. J. Non-Equilibrium Thermodyn. 30 (3), 261–281 (2005)
Shevtsova, V., Gaponenko, Y., Nepomnyashchy, A.: Analysis of thermocapillary flow regimes and oscillatory instability caused by a gas stream along the interface. J. Fluid Mech. 714, 644–670 (2013)
Shevtsova, V.M., Mojahed, M., Melnikov, D.E., Legros, J.C. In: Narayanan, R., Schwabe, D. (eds.) : The choice of the critical mode of hydrothermal instability in liquid bridge, Lecture Notes in Physics ”Interfacial Fluid Dynamics and Transport Processes” 628, pp 241–262. Springer (2003)
Takens, F.: Detecting strange attractors in turbulence, In D. A. Rand and L.-S. Young Dynamical Systems and Turbulence, Lecture Notes in Mathematics, 898, pp 366–381. Springer-Verlag (1981)
Ueno, I., Tanaka, S., Kawamura, H.: Oscillatory and chaotic thermocapillary convection in a half-zone liquid bridge. Phys. Fluids 15, 408–416 (2003)
Tiwari, S., Nishino, K.: Numerical study to investigate the effect of partition block and ambient air temperature on interfacial heat transfer in liquid bridges of high Prandtl number fluid. J. Cryst. Growth 300 (2), 486–496 (2006)
Tiwari, S., Nishino, K.: Effect of confined and heated ambient air on onset of instability in liquid bridges of high Pr fluids. Fluid Dyn. & Mater. Process. 6 (1), 109–136 (2010)
Ueno, I., Kawazoe, A., Enomoto, H.: Effect of ambient-gas forced flow on oscillatory thermocapillary convection of half-zone liquid bridge. FDMP: Fluid Dyn. Mater. Process. 6 (1), 99–108 (2010)
Wayland, R., Bromley, D., Pickett, D., Passamante, A.: Recognizing determinism in a time series. Phys. Rev. Lett. 70, 580582 (1993)
Xun, B., Li, K., Chen, P.G., Hu, W.R.: Effect of interfacial heat transfer on the onset of oscillatory convection in liquid bridge. Int. J. Heat Mass Transfer 52, 4211–4220 (2009)
Yasnou, V., Mialdun, A., Shevtsova, V.: Preparation of JEREMI experiment: development of ground based prototype (2012). doi:10.1007/s12217-012-9314-9