Lifting regimes of thermal plumes in vertical layer

K.A. Gavrilov, V.A. Demin, E.A. Popov
2013 Computational Continuum Mechanics  
Проведено теоретическое исследование динамики тепловых плюмов (конвективных факелов на начальной стадии) в тонком вертикальном слое при центральном подогреве снизу. Расчеты выполнены в 3D-постановке с помощью открытого программного пакета OpenFOAM, представляющего собой интегрируемую платформу для численного моделирования задач механики сплошных сред. В ходе численного моделирования классифицированы четыре основных режима всплытия плюмов: вязко-теплопроводный, вязко-нетеплопроводный,
more » ... лопроводный, невязко-нетеплопроводный. Для разных режимов подъемного движения получены анимационные изображения, иллюстрирующие поведение тепловых плюмов в зависимости от времени. Проанализировано влияние формы ножки и головки конвективного факела на скорость всплытия. Численно изучено взаимодействие двух синхронно движущихся плюмов, дано объяснение формирования их общего теплового фронта. Ключевые слова: конвективный факел на начальной стадии (тепловой плюм), тонкий вертикальный слой, численное моделирование, трехмерные течения, пакет OpenFOAM, взаимодействие плюмов Theoretical investigation of the dynamics of free thermal plumes in a thin vertical layer has been performed for the case of a cavity heated from below by means of a dotted thermoelement. Three-dimensional numerical modeling has been carried out with the help of package OpenFOAM. This integrable platform is meant for calculations in the area of continuous media mechanics. Four basic plume growth types (viscous-diffusive, inviscid-diffusive, viscous-nondiffusive and inviscid-nondiffusive regimes) are found. Animated images for various lifting regimes are obtained to observe the time-dependent behavior of thermal plumes. The stages of plume formation in a relatively thin layer, its steady lifting and deceleration by the top boundary have been analyzed for different profiles of the plume front. The interaction of two synchronous plumes is studied numerically, and the formation of a common thermal front is demonstrated.
doi:10.7242/1999-6691/2013.6.3.29 fatcat:coopwgvo4fevdhbnpio2tg4z34