Синергетика для инженеров. Никитенков Н.Н - 76 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

74
При нагревании слоя жидкости равномерно снизу в систему поступает
энергия в виде тепла и условие равновесия ∆Т=Т
2
–Т
1
=0 нарушается
(∆Т>0). Пока ∆T мало, система находится в состоянии, при котором пере-
нос тепла в слое жидкости осуществляется от нижней плоскости к верхней
и далее во внешнюю среду путем теплопроводности. Отличие этого
состояния от равновесного состоит в том, что температура, плотность и
давление уже не будут однородными. Они практически линейно
изменяются от теплой
области (внизу) к холодной
(вверху).
При дальнейшем
нагревании (увеличении ∆T
до некоторого критического
∆T
с
), объем вещества скачком
приходит в движение. В этих
условиях жидкость образует
структуры, изображенные на
рис. 3.4б – это так
называемые конвективные
валы. Их возникновение
объясняется так же, как и в
первом варианте
эксперимента (ячейки) –
появлением конвективных
упорядоченных потоков
жидкости.
Причина, по которой упорядоченные структуры не наблюдаются при
малых ∆T, связана, во-первых, со стабилизирующим влиянием вязкости
жидкости: возникающие внутренние силы трения, направлены против
конвективного движения; во-вторых, со стабилизирующим влиянием
теплопроводности: благодаря ей разность температур между смещенной
каплей (рис. 3.3) и ее окружением стремится исчезнуть.
Рис. 3.4 демонстрирует сложность возникающего движения: в
некоторой точке жидкость движется вверх, проходит вдоль плоскости 1
Рис. 3.4в, затем идет вниз, движется мимо плоскости 2, идет опять вверх и
т.д. Ячейки выстраиваются вдоль горизонтальной оси, при этом жидкость
в ячейках последовательно начинает вращаться или по часовой стрелке
(R), или против (L). Заметим, что направление вращения в конкретной
ячейке непредсказуемо. Лишь случайные флуктуации в виде тех или иных
возмущений, имеющих место в момент проведения эксперимента, решают,
каким будет направление движения в данной ячейке – право- или лево-
вращательным. Таким образом, вдали от равновесия система может вести
Рис. 3.4.
Ячейки Бенара в вертикальном
разрезе. В двух соседних ячейках направления
вращения противоположные.

Страницы