Синергетика для инженеров. Никитенков Н.Н - 75 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

73
объем жидкости (заштрихованный
кружок справа на рис. 3.3)
смещается вниз, то он попадает в
область пониженной плотности, и
архимедова сила будет ускорять
нисходящее движение. Таким
образом, в жидкости возникают
восходящие и нисходящие потоки,
что и наблюдается в эксперименте.
Характерный размер ячеек по
порядку величины сравним с
толщиной слоя жидкости, которая в
лабораторных условиях бывает от нескольких миллиметров до нескольких
сантиметров. Аналогичное явление наблюдается и в атмосфере, где можно
наблюдать ячеистые структуры в облаках, размеры которых достигают
нескольких сот метров.
На фотографии конвекции Бенара (рис. 3.1) можно заметить
нерегулярности в расположении шестигранных ячеек. Так, мелкая выемка на
дне сосуда приводит к возникновению ячеек в форме лепестков цветка
(область слева от центра). Это показывает, насколько картина ячеек Бенара
чувствительна к малейшим нарушениям начальных условий.
Ячейки Бенара существуют лишь в некоторой области значений ∆Т
превышающих ∆Т
с
, потом их характеристики начинают изменяться. После
перехода через другое критическое значение ∆Т
с1
структура течения станет
размытой и возникнет новый режим, характеризуемый неупорядоченной
зависимостью переменных от времени. Этот режим предшествует режиму
турбулентности.
Таким образом, неравновесность явилась причиной упорядочивания
хаотического теплового движения молекул в системе, и
трансформирования части энергии, сообщаемой внешней средой, в
упорядоченную структуру, получившую название ячеек Бенара.
3.1.2. Неустойчивость Релея-Бенара
В 1910 году Бенар модифицировал описанный в разделе 3.1.1
эксперимент. В его новом варианте слой вязкой жидкости помещается
между двумя горизонтальными параллельными плоскостями, латеральные
размеры которых значительно превосходят толщину слоя (рис. 3.4). Когда
разность температур между плоскостями ∆Т=Т
2
–Т
1
=0, тогда, как и в
первом варианте эксперимента, система будет находиться в состоянии
термодинамического равновесия.
Рис.
3
.
3.
К объяснению природы
тепловой конвекции

Страницы