ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Планформы конвективных ячеек из "Конвекция Рэлея-Бенара Структуры и динамика" В последние годы в литературе слово ячейка часто употребляется в другом значении — как синоним термина резервуар, камера или полость (рабочий объем экспериментальной установки). Не следует смешивать два этих варианта словоупотребления. [c.29] Таким образом, вопрос о том, какая планформа должна реально наблюдаться, вместе с вопросами отбора волновых чисел и вертикальной структуры конвекции составляют часть общей проблемы реализуемости конвективных течений. [c.30] Для ячеек, наблюдаемых экспериментально в различных условиях, наиболее характерны три их типа. В первом приближении они могут быть описаны следующими функциями планформы. [c.30] Если волновой вектор к ориентирован в направлении х, такие валы (параллельные оси у) называются х-валами. Ячейкой в данном случае имеет смысл называть пару соседних валов, которая занимает целый пространственный период. Жидкость в этих двух валах циркулирует в плоскости (ж, г) в противоположных направлениях. [c.30] Система таких ячеек представляет собой суперпозицию трех систем валов с волновыми векторами, имеющими один и тот же модуль к и направленными под углом 2тг/3 друг к другу. Таким образом, помимо периодичности в направлениях х и у, структуры, образованные ще-стиугольниками, обладают инвариантностью по отнощению к повороту на этот угол. Шестиугольная ячейка называется ячейкой 1-типа или д-типа в зависимости от знака скорости (т. е. от того, является ли движение жидкости Б центральной части ячейки восходящим или нисходящим). Смысл введения этих терминов будет объяснен в п. 4.1.2. [c.31] С тем же успехом, что и решение для квадратных ячеек, можно формально построить решение, описывающее сжтему прямоугольных ячеек с произвольным отношением ку/кх периодов по ж и г/. Однако, если нет каким-либо образом выделенного горизонтального направления, т.е. слой жидкости изотропен, только правильные многоугольники можно считать подходящими кандидатами для планформ конвективных ячеек. [c.31] Сейчас совершенно ясно, что отбор планформ ячеек — это очень тонкий вопрос, и едва уловимые изменения физических условий могут приводить к радикальным изменениям в структуре конвективных течений. Эти закономерности будут рассмотрены в разд. 4.1. [c.31] По непонятным причинам в отечественной литературе их часто называют гексагональными ячейками или гексагонами. [c.31] Задачи, которые ставятся в экспериментальных исследованиях конвекции Рэлея-Бенара, разнообразны, и это будет видно из содержания последующих глав. Соответственно, постановка эксперимента может очень сильно варьироваться. Рассмотрение технических деталей, которые могут иметь значение для того или иного частного случая, выходит за рамки нашего обсуждения. Но в конструкции экспериментальных установок всегда присутствуют некоторые общие элементы, которые важны всегда и должны быть здесь описаны. Типичная схема экспериментальной установки приведена на рис. 4. [c.32] Слой рабочей жидкости (I) в прямоугольном или цилиндрическом резервуаре ограничен сверху и снизу пластинами теплообменников (2,6), поддерживающих заданные температуры границ слоя. Чем выше теплопроводность пластин, тем точнее можно поддерживать их температуры на постоянном уровне. Поэтому в тех случаях, когда не требуется прозрачность (чаще это относится к нижнему теплообменнику), используют, как правило, массивную медную или алюминиевую пластину. В частности, если экспериментатора интересует величина теплового потока через слой, она может быть определена из измерений температурного градиента на горизонтальных границах слоя. В этом случае имеет смысл использовать металлические пластины для обеих границ, чтобы свести к минимуму температурные флюктуации на них и воспроизвести тепловое граничное условие с наибольшей возможной точностью. [c.32] МОЖНО использовать термостатированную воду, прокачиваемую через горизонтальную полость в теле теплообменника. [c.33] Если теплообменник должен быть прозрачным, его обычно делают из пластины зеркального стекла (2), которая находится в контакте с рабочей жидкостью, и другой — например, плексигласовой — пластины (3). Пластины располагаются параллельно друг другу и разделяются зазором, который служит каналом для термостатированной воды (4). Требование прозрачности возникает тогда, когда нужна визуализация потока, т.е. эксперимент ставится с целью детального изучения структуры течения. Что касается точного поддержания постоянной граничной температуры, то теплопроводность стекла может оказаться для этого недостаточной. Поэтому вместо стеклянной часто применяют пластину из монокристалла сапфира — его теплопроводность на порядок ниже, чем у меди. Тем не менее, во многих случаях она существенно превосходит теплопроводность рабочей жидкости — например, на два порядка, если рабочей жидкостью является вода. Однако при использовании сапфира приходится ограничиваться небольшими (в несколько сантиметров) горизонтальными размерами слоя более крупные сапфировые пластины изготовить не удается. [c.33] Вернуться к основной статье