Jökull


Jökull - 01.12.1973, Síða 24

Jökull - 01.12.1973, Síða 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
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116
Síða 117
Síða 118
Síða 119
Síða 120
Síða 121
Síða 122
Síða 123
Síða 124
Síða 125
Síða 126
Síða 127
Síða 128
Síða 129
Síða 130
Síða 131
Síða 132

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.