Thermal Cnvection of Two Immiscible Liquids in a 3D Channel with a Velocity Field of a Special Type

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The three-dimensional stationary flow of two immiscible liquids in a layer bounded by solid parallel walls is investigated. The upper wall is thermally insulated, and the lower one has a temperature field quadratic in horizontal coordinates. Velocity fields in liquids have a special form: their horizontal components are linear in the coordinates of the same name. The resulting conjugate boundary value problem in the framework of the Oberbeck–Boussinesq model is inverse and is reduced to a system of ten integro-differential equations. For small Marangoni numbers (creeping current), the problem is solved analytically. The nonlinear problem is solved by the tau method. It is shown that the solution of the nonlinear problem with a decrease in the Marangoni number is approximated by the solution of the creeping flow problem. The analysis of the influence of physical and geometric parameters, as well as the behavior of temperature on the substrate, on the structure of convection in layers is carried out.

About the authors

V. K. Andreev

Institute of Computational Modelling SB RAS

Author for correspondence.
Email: andr@icm.krasn.ru
Russia, Krasnoyarsk

E. N. Lemeshkova

Institute of Computational Modelling SB RAS

Author for correspondence.
Email: elena_cher@icm.krasn.ru
Russia, Krasnoyarsk

References

  1. Hiemenz K. Die Grenzschicht an einem in den gleichförmigen Flüssigkeitsstrom eingetauchten geraden Kreiszylinder // Dinglers Poliytech. J., 1911, vol. 326, pp. 321–440.
  2. Howann F. Der Einfluss grosser Zahigkeit bei der Stromung um den Zylinder und um die Kugel // Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 1936, vol. 16, pp. 153–164.
  3. Howarth L. The boundary layer in three-dimensional flow. Pt. II. The flow near a stagnation point // Lond. Edinb. Dubl. Phil. Mag.: Ser. 7, 1951, vol. 42, no. 335, pp. 1433–1440.
  4. Davey A. Boundary-layer flow at a saddle point of attachment // J. Fluid Mech., 1961, vol. 10, no. 4, pp. 593–610.
  5. Wang C.Y. Axisymmetric stagnation flow on a cylinder // Q. Appl. Math., 1974, vol. 32, no. 2, pp. 207–213.
  6. Gorla R.S.R. Unsteady laminar axisymmetric stagnation flow over a circular cylinder // Develop. Mech., 1977, vol. 9, pp. 286–288.
  7. Bekezhanova V.B., Andreev V.K., Shefer I.A. Influence of heat defect on the characteristics of a two-layer flow with the Hiemenz-type velocity // Interfac. Phenom.&Heat Transfer., 2019, vol. 7, iss. 4, pp. 345–364.
  8. Lin C.C. Note on a class of exact solutions in magnetohydrodynamics // Arch. Rat. Mech. Anal., 1958, vol. 1, pp. 391–395.
  9. Sidorov A.F. On two classes of solutions of equations of fluid and gas mechanics and their connection with the theory of traveling waves // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 1989, no. 2, pp. 34–40.
  10. Andreev V.K. On a creeping 3D convective motion of fluids with an isothermal interface // J. Sib. Fed. Univ. Math.&Phys., 2020, vol. 13, no. 6, pp. 661–669.
  11. Azanov A.A., Andreev V.K. Solving the problem of the creeping motion of a fluid with a free boundary with a special velocity field in a three-dimensional strip // Some Actual Problems of Modern Math.&Math. Educ. Herzen readings – 2021. Mater. Sci. Conf. St. Petersburg: A.I. Herzen SPU Pub., 2021. pp. 42–54.
  12. Andreev V.K., Lemeshkova E.N. Two-layer steady creeping thermocapillary flow in a three-dimensional channel // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 2022, vol. 63, no. 1, pp. 82–88.
  13. Andreev V.K. On a creeping 3D Convective Motion of Fluids with an Isothermal Interface // J. Sib. Fed. Univ. Math.&Phys., 2020, vol. 13 (6), pp. 661–669.
  14. Andreev V.K., Gaponenko Yu.A., Goncharova O.N., Pukhnachev V.V. Mathematical Models of Convection. Berlin; Boston: De Gruyter, 2020.
  15. Aristov S.N., Knyazev D.V., Polyanin A.D. Exact solutions of the Navier–Stokes equations with the linear dependence of velocity components on two space variables // Theor. Found. Chem. Engng., 2009, vol. 43, no. 5, pp. 547–566.
  16. Joseph D. Stability of Fluid Movements. Moscow: Mir, 1981. 638 p.
  17. Pukhnachev V.V. Model of viscous layer deformation by thermocapillary forces // Eur. J. Appl. Math., 2002, vol. 13, no. 2, pp. 205–224.
  18. Rezanova E.V. Numerical modelling of heat transfer in the layer of viscous incompressible liquid with free boundaries // EPJ Web Conf., 2017, no. 159, pp. 00047.
  19. Zeytounian R. Kh. The Benard–Marangoni thermocapillary instability problem // UFN, 1998, vol. 168, no. 3, pp. 259–286.
  20. Bogdanov S.N., Burtsev S.I., Ivanov O.P., Kupriyanova A.V. Refrigeration Equipment. Air Conditioning. Properties of Substances. / Ed. by Bogdanov S.N. St. Petersburg: SPbGAHPT, 1999. 320 p.
  21. Fletcher C.A.J. Computational Galerkin Method. Springer, 1984.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (300KB)
3.

Download (96KB)
4.

Download (113KB)

Copyright (c) 2023 В.К. Андреев, Е.Н. Лемешкова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».