Перепечко Ю.В.   Сорокин К.Э.  

Конвекция двухфазной среды в акустическом поле

Докладчик: Перепечко Ю.В.

Конвективный тепломассоперенос играют важную роль в эволюции геологических флюидных систем, определяет гидродинамические процессы в литосфере, связанные с магматическим вулканизмом, рудообразованием и т.п. Интерес к исследованию тепломассопереноса во флюидных / флюидо-магматических системах в присутствии внутренних источников акустического воздействия обусловлен сейсмической активностью в литосфере. В прикладных работах, посвященных изучению конвекции в жидкости под акустическим или вибрационным воздействием, обычно принимается неакустические приближение несжимаемости среды. Исследование термоакустической конвекции проведено для однофазных жидкостей [1,2]. Влияние акустического воздействия на конвекцию в сложных средах изучено слабо. В данной работе исследуется влияние сжимаемости гетерофазных сред на конвективные течения при воздействии акустических колебаний различной частоты и исследуется устойчивость конвективных течений. Рассматривается динамика таких двухскоростных сред как насыщенные гранулированные среды. Уравнения термодинамически согласованной двухскоростной модели сжимаемой двухфазной среды [3] получены посредством метода законов сохранения [4,5]. Вычислительная реализация модели основана на применении метода контрольного объема [6], гарантирующего интегральное сохранение основных величин при дискретизации дифференциальных уравнений. Для адекватного описания акустических процессов, корректный учет сжимаемости среды проведен в рамках модели и численного метода. Итерационная процедура SIMPLE была модифицирована для учета неравновесности среды по давлению в фазах [7]. Представлены результаты численного моделирования тепловой конвекции Рэлея-Бенара в плоском слое двухфазной среды, подогреваемом снизу. Исследовано поведение возмущений вблизи порога устойчивости термоакустического течения двухфазной среды. Получены условия перехода от стационарного режима диффузионного теплообмена к конвективному тепломассопереносу, обусловленного высокочастотным акустическим воздействием, генерируемым внутренним конечным малым источником.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 16-01-00729a, и Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 14.607.21.0106 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI60714X0106).

Ссылки
[1] D. V. Lyubimov, and S. V. Shklyaev, "Thermal Convection in an Acoustic Field," Fluid Dynamics 35, 321, 2000.
[2] B. Lia, X. Hana, Z. Wana, X. Wangb, Y. Tang, "Influence of Ultrasound on Heat Transfer of Copper Tubes with Different Surface Characteristics in Sub-cooled Boiling," Applied Thermal Engineering 92, 93, (2016).
[3] Yu. V. Perepechko, and K. E. Sorokin, "Two-velocity Dynamics of Heterophase Media," Journal of Engineering Thermophysics 22, 241.
[4] L. D. Landau, "The Theory of Superfluidity of Helium II," Journal of Physics, USSR, 5, (1941).
[5] V. N. Dorovsky, "Mathematical Models of Two-velocity Media, Mathematical and Computer Modelling 21, 17, (1995).
[6] S. V. Patankar, D. B. Spalding, "A Calculation Procedure for Heat, Mass and Momentum Transfer in Three-dimensional Parabolic Flows," International Journal of Heat and Mass Transfer 15, 1787, (1972).
[7] K. C. Karika, S. V. Patankar, "Pressure Based Calculation Procedure for Viscous Flows at All Speeds in Arbitrary Configurations," AIAA Journal 27, 1167, (1989).