Численное исследование влияния поверхностного натяжения на структуру течения в цилиндрическом сосуде с учетом максимума плотности воды

Об авторах:

Симонов Олег Анатольевич, кандидат физико-математических наук, заместитель директора, Тюменский научный центр СО РАН; eLibrary AuthorID, ORCID, Scopus AuthorID, s_o_a@ikz.ru

Филимонова Людмила Николаевна, младший научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН; аспирант, Тюменский научный центр СО РАН; eLibrary AuthorID, ORCID, filimonovaln@mail.ru

Аннотация:

В работе численно исследовалось конвективное течение воды вблизи точки инверсии плотности в цилиндрическом сосуде, в центре которого вертикально расположен цилиндрический охлаждающий элемент. Изучалось влияние максимума плотности воды на структуру конвективных течений без учета поверхностного натяжения и с учетом поверхностного натяжения на верхней границе. Показано существенное влияние поверхностного натяжения на границе раздела фаз на формирование конвективного потока. Из анализа полей температур и скоростей следует, что при учете влияния поверхностного натяжения конвективное течение жидкости более интенсивно, возрастают средние скорости течения, которые приводят к более быстрому охлаждению жидкости в сосуде.

Список литературы:

1. Антонченко В. Я. Основы физики воды / В. Я. Антонченко, А. С. Давыдов, В. В. Ильин. Киев: Наук. думка, 1991. 668 с.
2. Батуров Л. Н. Об аномалиях естественной конвекции воды в окрестности 3.98 °C / Л. Н. Батуров, И. Н. Говор // Журнал технической физики. 2016. Том 86. № 2. С. 14-17.
3. Батуров Л. Н. Обнаружение в воде неравновесных фазовых переходов / Л. Н. Батуров, И. Н. Говор, А. С. Обухов, В. Г. Плотниченко, Е. М. Дианов // Письма в ЖЭТФ. 2011. Том 93. № 2. С. 92-94. 
4. Першин С. М. Об обнаружении неравновестных фазовых переходов в воде / С. М. Першин, Л. М. Крутянский, В. А. Лукьянченко // Письма в ЖЭТФ. 2011. Том 94. № 2. С. 125-129. DOI: 10.1134/S0021364011140116
5. Сажин Б. С. Термокапиллярный механизм неустойчивости слоя жидкости (эффект Марангони) / Б. С. Сажин, М. В. Чунаев, В. Б. Сажин // Успехи в химии и химической технологии. Том XXIII. № 3. 2009 С. 130-107.
6. Симонов О. А. Особенности охлаждения бактериальных суспензий / О. А. Симонов // Труды Института механики им. Р. Р. Мавлютова. 2017. Том 12. № 1. С. 115-125. DOI: 10.21662/uim2017.1.017
7. Anselmi C. Free convection experiments in water and deuterated mixtures at temperatures including the density maxima / C. Anselmi, M. De Paz, A. Marciano, M. Pilo, G. Sonnino // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1990. Vol. 33. № 11. Pp. 2519-2524. DOI: 10.1016/0017-9310(90)90009-J
8. Cawley M. F. Flow visualization of free convection in a vertical cylinder of water in the vicinity of the density maximum / M. F. Cawley, P. McBride // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2004. Vol. 47. № 6-7. Pp. 1175-1186. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.09.028
9. Cawley M. F. Measurement of the temperature of density maximum of water solutions using a convective flow technique /  M. F. Cawley, D. McGlynn, P. A. Mooney // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2006. Vol. 49. № 11-12. Pp. 1763-1772. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.11.018
10. Marangoni C. Sull’espansione delle goccie di un liquid galleggiante sulla superficie di altro liquido / C. Marangoni. 1865.
11. Simonov O. A. Convective water flows in a cylindrical vessel near its maximum density / O. A. Simonov // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 030081. № 1893. DOI: 10.1063/1.5007539
12. Sonnino G. Comparison between experimental data and theoretical calculations of free convection in water near its density maximum / G. Sonnino, M. De Paz // Mathematical and Computer Modelling. 1997. Vol. 25. № 6. Pp. 107-115. DOI: 10.1016/S0895-7177(97)00043-5