Análisis de estabilidad lineal y no lineal de la convección doble difusiva en un recinto poroso vertical de Brinkman bajo los efectos de Soret y Dufour
Autores: Bouachir, Amel; Mamou, Mahmoud; Rebhi, Redha; Benissaad, Smail
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Análisis de estabilidad lineal y no lineal de la convección doble difusiva en un recinto poroso vertical de Brinkman bajo los efectos de Soret y Dufour
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Influencia
Soret
Dufour
Convectiva
Bifurcación
Estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se realizaron investigaciones analíticas y numéricas para estudiar la influencia de los efectos de Soret y Dufour en la convección doble difusiva en una capa porosa vertical llena de una mezcla binaria y sujeta a gradientes térmicos y de soluto horizontales. En particular, el estudio se centró en el efecto de la difusión de Soret y Dufour en los tipos de bifurcación desde el estado de reposo hacia un estado convectivo estable y luego hacia un estado convectivo oscilatorio. Se empleó el modelo de Darcy extendido de Brinkman y la aproximación de Boussinesq para modelar el flujo convectivo dentro de la capa porosa. Siguiendo experimentos de laboratorio anteriores, las investigaciones abordaron la situación particular en la que las fuerzas de flotabilidad solutal y térmica eran iguales pero actuaban en direcciones opuestas para favorecer la posible ocurrencia de la condición de estado de reposo. Para esta situación, el inicio de la convección podría ser supercrítico o subcrítico y ocurría en umbrales dados y siguiendo varias rutas de bifurcación. La investigación analítica se basó en la aproximación de flujo paralelo, que solo era válida para una capa porosa alta. Se realizó un análisis de estabilidad lineal numérico de los estados difusivos y convectivos sobre la base del método de elementos finitos. Se calcularon los umbrales de convección supercrítica, RTCsup, y sobreestable, RTCover. Además, se estudió numéricamente la estabilidad del flujo convectivo establecido, predicho por la aproximación de flujo paralelo, para predecir el inicio de la bifurcación de Hopf, RTCHopf, que marcó el punto de transición del flujo convectivo estable hacia flujos convectivos inestables; una ruta hacia el caos. Para apoyar los análisis analíticos de los flujos convectivos y la metodología y resultados de estabilidad numérica, se obtuvieron soluciones numéricas no lineales de las ecuaciones gobernantes completas utilizando un método de diferencias finitas de segundo orden. En general, se observó que los efectos de Soret y Dufour afectaban significativamente los umbrales de convección estacionaria, sobreestable y oscilatoria. La bifurcación de Hopf fue marcada por flujos convectivos secundarios que consistían en capas verticales superpuestas de ondas que viajaban en direcciones opuestas. Se encontró un buen acuerdo entre las predicciones de la aproximación de flujo paralelo, la solución numérica y los resultados de estabilidad lineal.
Descripción
Se realizaron investigaciones analíticas y numéricas para estudiar la influencia de los efectos de Soret y Dufour en la convección doble difusiva en una capa porosa vertical llena de una mezcla binaria y sujeta a gradientes térmicos y de soluto horizontales. En particular, el estudio se centró en el efecto de la difusión de Soret y Dufour en los tipos de bifurcación desde el estado de reposo hacia un estado convectivo estable y luego hacia un estado convectivo oscilatorio. Se empleó el modelo de Darcy extendido de Brinkman y la aproximación de Boussinesq para modelar el flujo convectivo dentro de la capa porosa. Siguiendo experimentos de laboratorio anteriores, las investigaciones abordaron la situación particular en la que las fuerzas de flotabilidad solutal y térmica eran iguales pero actuaban en direcciones opuestas para favorecer la posible ocurrencia de la condición de estado de reposo. Para esta situación, el inicio de la convección podría ser supercrítico o subcrítico y ocurría en umbrales dados y siguiendo varias rutas de bifurcación. La investigación analítica se basó en la aproximación de flujo paralelo, que solo era válida para una capa porosa alta. Se realizó un análisis de estabilidad lineal numérico de los estados difusivos y convectivos sobre la base del método de elementos finitos. Se calcularon los umbrales de convección supercrítica, RTCsup, y sobreestable, RTCover. Además, se estudió numéricamente la estabilidad del flujo convectivo establecido, predicho por la aproximación de flujo paralelo, para predecir el inicio de la bifurcación de Hopf, RTCHopf, que marcó el punto de transición del flujo convectivo estable hacia flujos convectivos inestables; una ruta hacia el caos. Para apoyar los análisis analíticos de los flujos convectivos y la metodología y resultados de estabilidad numérica, se obtuvieron soluciones numéricas no lineales de las ecuaciones gobernantes completas utilizando un método de diferencias finitas de segundo orden. En general, se observó que los efectos de Soret y Dufour afectaban significativamente los umbrales de convección estacionaria, sobreestable y oscilatoria. La bifurcación de Hopf fue marcada por flujos convectivos secundarios que consistían en capas verticales superpuestas de ondas que viajaban en direcciones opuestas. Se encontró un buen acuerdo entre las predicciones de la aproximación de flujo paralelo, la solución numérica y los resultados de estabilidad lineal.