Введение к работе
Актуальность темы. В связи с обширностью и важностью приложений тепловой конвекции с внутренним тепловьщелением в различных областях естественных наук, в быту и многих отраслях техники в последние годы интерес исследователей по отношению к этим проблемам постоянно возрастает. Проблема сравнительно хорошо теоретически и экспериментально изучена для случая равномерного тепловыделения и для некоторых случаев неравномерного тепловыделения. Конвекция в жидкости со сконцентрированным тепловьщелением практически не была исследована. Однако, как оказалось, такая постановка задачи часто встречается в приложениях и обладает особенностями, связанными с появлением неоднородности стратификации жидкости. Это делает актуальной задачу подробного исследования такой системы.
Целью работы является теоретическое исследование устойчивости равновесия и стационарного плоскопараллельного конвективного движения в бесконечном слое жидкости произвольной ориентации с неравномерно распределенными по объему внутренними источниками тепла.
Научная новизна работы. Большое количество работ, посвященных исследованию естественной конвекции с внутренним тепловьщелением, относится к численному моделированию развитого движения. Лишь в немногих случаях рассматривается задача исследования устойчивости стационарного состояния, хотя вопросы устойчивости не менее важны при исследовании конвекции и перехода к турбулентности. Рассматриваемые в работе проблемы устойчивости и надкритических движений изучены недостаточно. В частности, мало изучена конвекция в слоях со сконцентрированным тепловьщелением, нет исследований устойчивости; мало работ, в которых изучены надкритические движения и поведение интегральных характеристик течений, устойчивость конвективных движений в слоях с тепловыделяющей перегородкой (сеткой) в исследованной постановке ранее не изучалась.
Новизна состоит в том, что автором впервые:
сформулирована задача и найдены стационарные решения конвекции в плоском слое произвольной ориентации со сконцентрированным тепловьщелением в полосе;
изучено влияние положения сконцентрированных источников тепла на устойчивость равновесия жидкости в горизонтальном слое;
изучена устойчивость конвективного движения с неравномерным внутренним тепловьщелением в вертикальном и наклонном слоях жидкости;
найдено стационарное решение и исследована его устойчивость в задаче о конвекции в вертикальном слое жидкости с тепловыделяющей перегородкой, обладающей гидродинамическим сопротивлением. Найдены зависимости критических параметров от характеристик перегородки;
численными расчетами обнаружены зависимости интегральных характеристик надкритических движений от величины надкритичности для различных значений параметров задачи.
Достоверность результатов. О достоверности результатов проведенных исследований свидетельствует хорошее их согласование при использовании различных численных и аналитических методов и совпадение в некоторых частных случаях с результатами, полученными другими авторами.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах [1-14].
Апробация работы. Основные результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на международных конференциях "Advanced Problems in Mechanics" (С.-Петербург, [6-9]), на конференции "Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости" (Москва, [10]), на "Зимних школах по механике сплошных сред" (Пермь, [11-12]), на конференциях "Неравновесные процессы в сплошных средах" (Пермь, [13-14]).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы (103 наименования). Объем диссертации - 152 страницы, в работу включено 49 рисунков.
Практическая ценность. Результаты данной работы могут быть использованы при проведении теоретических и экспериментальных исследований конвективных движений с внутренним тепловыделением. Результаты исследований устойчивости могут быть использованы исследователями как основа для сравнения. Результаты численных расчетов и выявленные зависимости могут использоваться при экспериментальных исследованиях и работе с технологическими процессами в производстве и других областях применения конвекции с внутренним тепловыделением.
