多孔介质中粘弹性流体的对流稳定性研究

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对流是自然界中的普遍现象之一,广泛存在于自然界和各种工程问题中。多孔介质中的粘弹性流体热对流问题因其在废料处理、石油开发以及地下水污染治理等领域的广泛应用得到了重视。其具有典型的非线性特征,是一个非平衡的开放系统,具有精妙的自组织结构。加强对这一非线性现象的理解和开展精细研究,不仅可以促进和提高人们对相关现象的科学认识,也便于人们更有效的控制和利用这一现象。  本文研究了两个无限大平板中的多孔介质在充满粘弹性流体时双扩散对流的稳定性问题。使用修正Darcy-Maxwell模型作为研究问题的运动方程,并考虑了流体和固体骨架之间温度存在热传递过程,对此问题进行了线性和弱非线性稳定性分析。通过对控制方程的线性稳定性分析,获得了定常和振荡对流出现的临界条件。研究表明:系统中振荡对流的产生比稳态对流出现的更早,热传导系数和浓度Rayleigh数会促进系统的稳定性;有效孔隙度,松弛时间,以及Lewis数都会使系统变得更加不稳定。与此同时,通过数值结果说明温度和溶质的扩散比对系统稳定性的影响很小。  基于Fourier级数方法,对控制方程进行了弱非线性分析,获得了各参数对系统瞬态热量和溶质传递的影响。研究表明:松弛时间、传热比和Vadasz的增加,会破坏系统的稳定性,使系统更易产生对流,从而加速了系统中热量和溶质的传递;溶质Rayleigh数和热传导系数的增大则会促进系统的稳定性,进而减弱系统的传热和传质;Lewis数提高了系统溶质的传递,但减弱了系统热量的传递。
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