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非等温Poiseuille流在各向异性非均质多孔域上覆流体中的稳定性

Stability of non-isothermal Poiseuille flow in a fluid overlying an anisotropic and inhomogeneous porous domain

P. Bera Anjali, Arshan Khan, P. Bera · Indian Institute of Technology Roorkee
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期刊 / 来源Journal of Fluid Mechanics
卷/期/页949
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关键词:热对流稳定性各向异性多孔介质Poiseuille流线性稳定性分析流体-多孔耦合Darcy定律能量预算分析

摘要整理

采用双域方法研究了覆盖各向异性非均质多孔域的流体域中Poiseuille流的热对流稳定性。在多孔域中牛顿流体的流动由Darcy定律控制,界面处采用Beavers-Joseph边界条件。通过线性稳定性分析研究了介质各向异性和非均质性的影响,同时考虑了深度比(流体域深度与多孔域深度之比)、Darcy数、Reynolds数和Prandtl数等关键参数对流体-多孔系统稳定性的影响。中性曲线呈现双峰和单峰特性,各向异性和非均质性对参数变化产生显著影响。各向异性增加或非均质参数减小导致模态从单峰(多孔)转变为双峰(多孔和流体)。研究表明,无论各向异性和非均质参数如何变化,当深度比<0.05时最不稳定模态为多孔型,当深度比>0.16时为流体型。通过能量预算分析确定了不稳定性类型并验证了模态特征。在低Reynolds数和水平-竖直渗透率比极低的条件下,不稳定性主要为热浮力型,但在特定条件下出现热-剪切不稳定性。通过流函数和温度等值线分析了二次流动模式,验证了最不稳定模态和流体-多孔系统中的不稳定性类型。数值结果与Chen & Chen(J. Fluid Mech.,第207卷,1989年,第311-321页)在各向同性均质多孔域自然对流极限情况下的实验结果相符。

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