Jökull


Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 24

Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 24
//////////////////////////////////////////////^ o II 1- T = T0 o II f- 1 !i n m! //////////////////////////////////77/////7/77/Z////7//// x = 0 x=L/2 x = L Fig. 3. The strip model of a convection cell. the plane x = L/2; for an internally heated fluid, there is no condition at the median plane. There is negative buoyancy in the region Oíxí L/2; and positive buoyancy in the region L/2 x 5= L. Due to the insulation of the walls, the tem- perature will be constant transverse to the flow. Then, we need only solve a one-dimensional heat transport equation, to determine the temperature T(x) in the strip. Let the velocity u be the average velocity for steady laminar flow between rigid horizontal planes in the presence of a driving pressure gradient. For a Newtonian fluid, this velocity is given by (Lamb, 1932, p. 582). T2 dP 12tj dx (8) where dP/dx is the pressure gradient. We re- place (—dP/dx) by H/L' where H is the total head driving the flow, and L' is the fluid flow path length. This head results from the thermal expansion of the fluid and is given by H = pag [{ T(x)dx - J T(x)dx] L/2 0 (9) where T(x) is the temperature in the fluid. The length L in (9) must be identified with the length scale for heat conduction, i. e. L = 2h. The fluid flow length must be deter- mined from Fig. 2, resulting in ture T(x). In order to determine the total buoyant force this temperature distribution is then integrated over the length of the strip according to (9). Furthermore, equation (9) combined with the flow equation (8) yields an equation for the velocity u. As will be shown below, this equation has only the solution u = 0, unless a dimensionless number, the Ray- leigh number, exceeds a certain critical value. Thus the condition for the onset of thermal instability can be obtained on the basis of this relatively simple model. Despite the difference in approach, the simi- larities between the strip model and the Ray- leigh model should be emphasized. Both models assume laminar flow and neglect viscous dis- sipation and horizontal convection of heat. The strip model contains the additional simplifica- tions of (1) neglecting horizontal heat conduc- tion, (2) using an average flow velocity, (3) assuming the cell size on physical grounds. The essence of the two models is the same in that the flow is driven by buoyant forces aris- ing from the non-uniform density distribution and that convection occurs only if the Rayleigh number exceeds a certain critical value. Before discussing the problem of convection in two-phase systems we will demonstrate the application of the strip model in two cases which possess well-known solutions. The first case involves the homogeneous fluid layer heat- ed from below (Jeffreys, 1928) and the second a layer of an internally heated fluid (Roberts, 1967). APPLICATION TO A FLUID LAYER HEATED FROM BELOW For constant thermal conductivity and in the absence of heat sources, equation (7) reduces to d2T dT K--------ncu------= 0 (11) dx2 P dx v ' The boundary conditions are T(0) = T(L) = 0; T(L/2) = T0 (12) L' = \ + 2h —3T (10) The general method of solution with the strip model is to first determine the tempera- Due to the discontinuity of the heat flow at x = L/2, equation (11) must be solved separ- ately in the regions 0:?x:£L/2and L/2 5= xíLwe obtain 22 JÖKULL 23. ÁR
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56
Blaðsíða 57
Blaðsíða 58
Blaðsíða 59
Blaðsíða 60
Blaðsíða 61
Blaðsíða 62
Blaðsíða 63
Blaðsíða 64
Blaðsíða 65
Blaðsíða 66
Blaðsíða 67
Blaðsíða 68
Blaðsíða 69
Blaðsíða 70
Blaðsíða 71
Blaðsíða 72
Blaðsíða 73
Blaðsíða 74
Blaðsíða 75
Blaðsíða 76
Blaðsíða 77
Blaðsíða 78
Blaðsíða 79
Blaðsíða 80
Blaðsíða 81
Blaðsíða 82
Blaðsíða 83
Blaðsíða 84
Blaðsíða 85
Blaðsíða 86
Blaðsíða 87
Blaðsíða 88
Blaðsíða 89
Blaðsíða 90
Blaðsíða 91
Blaðsíða 92
Blaðsíða 93
Blaðsíða 94
Blaðsíða 95
Blaðsíða 96
Blaðsíða 97
Blaðsíða 98
Blaðsíða 99
Blaðsíða 100
Blaðsíða 101
Blaðsíða 102
Blaðsíða 103
Blaðsíða 104
Blaðsíða 105
Blaðsíða 106
Blaðsíða 107
Blaðsíða 108
Blaðsíða 109
Blaðsíða 110
Blaðsíða 111
Blaðsíða 112
Blaðsíða 113
Blaðsíða 114
Blaðsíða 115
Blaðsíða 116
Blaðsíða 117
Blaðsíða 118
Blaðsíða 119
Blaðsíða 120
Blaðsíða 121
Blaðsíða 122
Blaðsíða 123
Blaðsíða 124
Blaðsíða 125
Blaðsíða 126
Blaðsíða 127
Blaðsíða 128
Blaðsíða 129
Blaðsíða 130
Blaðsíða 131
Blaðsíða 132

x

Jökull

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.