Theoretical and computational studies of Rayleigh-Bénard convection in liquid gallium with stress-free boundaries

El análisis no lineal mediante el método de volúmenes finitos se realiza en un dominio rectangular delgado lleno de galio líquido con límites isotérmicos horizontales libres de tensiones para convección estacionaria. La longitud de las caras horizontales frontales es de 60 mm y las caras laterales tienen un espesor reducido de 0,5 mm y una profundidad de 15 mm. Los resultados se simulan para el rango de números de Rayleigh (Fórmula presentada), desde el umbral crítico (Fórmula presentada) hasta 10 (Fórmula presentada), para analizar la estructura de flujo del sistema convectivo. Al inicio (Fórmula presentada), el perfil de temperatura media es lineal y no lineal para (Fórmula presentada). Los valores del número de Nusselt (Nu) obtenidos mediante simulaciones numéricas directas coinciden con los resultados analíticos hasta 5 (Fórmula presentada.) Para valores aún más altos de (Fórmula presentada.) se observa la desviación entre los resultados teóricos y computacionales. En el rango de 2 (Fórmula presentada.) Ra (Fórmula presentada.) 5 (Fórmula presentada.) la longitud de onda de una célula varía de 2,6 a 3 y en consecuencia el número de onda disminuye de 2,41 a 1,57. Con el aumento de (Fórmula presentada.) las isotermas muestran la propagación en forma de hongo de las corrientes frías-descendientes y cálidas-ascendentes. La sinergia (coordinación) entre el vector de velocidad y el gradiente de temperatura en 5 (Fórmula presentada.) mostró la presencia de dos conjuntos de perfiles en forma de ancla del coeficiente de sinergia. Cada conjunto está ocupado por los coeficientes de sinergia positivo y negativo (ángulo entre la velocidad y el gradiente de temperatura). Estos perfiles en forma de ancla se vuelven más delgados a medida que (Fórmula presentada.) aumenta. Las regiones positivas y negativas de los perfiles de coeficientes de sinergia se intercambian entre 9 (Fórmula presentada) y 10 (Fórmula presentada). © 2024 Taylor & Francis Group, LLC.