Convection Regimes Induced by Local Boundary Heating in a Liquid-gas System

Abstract

В рамках полной постановки сопряжённой задачи численно исследуется структура течений в системе жидкость-газ, возникающих при локальном нагреве тепловыми источниками. Двухслойная система ограничена твёрдыми непроницаемыми стенками. Для описания движения сред используется аппроксимация Буссинеска уравнений Навье - Стокса, записанных в переменных "функция тока - вихрь". Динамические условия на межфазной границе формулируются в терминах касательной и нормальной скоростей, а условия для функции температуры на внешних границах учитывают наличие локальных нагревателей. Анализируется влияние количества нагревателей и режимов их работы на динамику и характер возникающих конвективных режимов. Рассматриваются случаи стационарного и переключаемого нагрева для одного и двух нагревателей, размещённых на на нижней границе. Нагрев запускает конвективный и термокапиллярный механизмы, вызывающие движение сред. До стабилизации системы при однородном нагреве наблюдаются переходные режимы с последовательным формированием двух-, четырёх- и двухвихревых течений. На границе раздела над нагревателем возникает устойчивый термокапиллярный прогиб. В режиме переключаемого нагрева наблюдаются колебания поверхности раздела, сопровождающиеся изменением формы прогиба и формированием дрейфующих вихрей. Обсуждается вклад отдельных механизмов. Для всех рассмотренных случаев представлены характерные распределения полей скорости и температуры в системе и положение границы раздела.