Document
Convective instability of Maxwell-Cattaneo fluids in porous media.
Other titles
دراسة حالة التوازن الحراري في الأوساط المسامية تحت تأثير ماكسويل- كاتانيو للسوائل
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
English abstract
The present study considers the dynamics of a viscous porous fluid layer in which the
fluid is in local thermal non-equilibrium, obeying the Darcy-Brinkman equations in
the presence of the Maxwell-Cattaneo (MC) effect. We first examine the layer's linear
stability and then address the nonlinear problem numerically.
The linear stability is investigated when fluid and solid obey the MC relation between
the heat flux and the temperature. We first prove that the layer can support only steady
convection in the absence of the MC effect. The introduction of the MC effect, whether
in the solid only, in the fluid only, or in both, is accompanied by the appearance of
oscillatory modes. The stability boundary of the oscillatory mode bifurcates from that
of the steady through a Hopf bifurcation. The dependence of the stability boundary on
the different parameters of the problem is discussed in detail. The preferred mode of
convection is identified in the space of the parameters.
When the MC effect is present only in the solid, the layer can support oscillatory
convection if the thermal interphase interaction coefficient, H (which measures the
degree of nonlocal equilibrium), is large enough. On the other hand, when the MC
effect is present in the fluid only, oscillatory convection occurs for a small but non zero interaction coefficient. The presence of the MC effect in both fluid and solid
introduces a new situation when oscillatory convection can occur for intermediate
values of H.
Besides, this study also investigated the impact of the Maxwell-Cattaneo effect on the
flow and heat transfer dynamics of a porous medium in a local thermal non equilibrium (LTNE) state by focusing on the quantitative investigation of natural
convection in a square porous cavity filled with water and crude oil. The Darcy Brinkman model for the fluid flow is utilized by considering the MC relation of
temperature and heat flux for the fluid and solid. The role of the pertinent parameters
such as the Rayleigh number, thermal conductivity ratio, Darcy number, and Brinkman
number on streamlines, isotherms, and the average Nusselt numbers of fluid and solid
were also investigated and discussed in detail.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
تأخذ الدراسة الحالية في الاعتبار ديناميكيات طبقة السوائل اللزجة المسامية التي يكون فيها السائل في حالة عدم توازن حراري تحكمها معادلات دارسي-برينكمان في وجود تأثير ماكسويل-كاتانيو)(MC. نقوم الاستقرار الخطي للطبقة ثم نعالج المشكلة غير الخطية عدديا. يتم فحص الثبات الخطي عندما يخضع كل من السائل والصلب لعالقة MC بين تدفق الحرارة ودرجة الحرارة. أوالا أنه في حالة عدم وجود تأثير MC ، يمكن للطبقة أن تدعم الحمل الحراري الثابت فقط. إن إدخال تأثير نثبت MC ، سواء في المادة الصلبة فقط أو في السائل فقط أو في كليهما ، يكون مصحوباا بظهور أنماط التذبذب. تنقسم حدود ثبات الوضع التذبذب عن تلك الخاصة بالثبات عبر تشعب هوبف. تمت مناقشة اعتماد حدود الاستقرار على معايير مختلفة للمشكلة بالتفصيل. يتم تحديد الوضع المفضل للحمل الحراري في تحت تأثير مجموعه من البارامترات. عندما يكون تأثير MC موجوداا فقط في المادة الصلبة ، يمكن للطبقة أن تدعم الحمل الحراري التذبذب إذا كان معامل التفاعل الحراري بين الطور ، )الذي يقيس درجة التوازن غير المحلي( كبي ارا بدرجة كافية. من ناحية أخرى ، عندما يكون تأثير MC موجوداا في السائل فقط ، يحدث الحمل الحراري التذبذب لمعامل تفاعل صغير ولكن غير صفري. يقدم وجود تأثير MC في كل من السائل والصلب حالة جديدة عندما يمكن أن يحدث الحمل الحراري التذبذب للقيم الوسيطة لـ H. إلى جانب ذلك ، بحثت هذه الدراسة أيضا في تأثير تأثير Cattaneo-Maxwellعلى ديناميكيات التدفق ونقل الحرارة لوسط مسامي في حالة عدم توازن حراري محلي (LTNE(، من خالل التركيز على التحقيق الكمي للحمل الحراري الطبيعي في مربع مسامي. مملوءة بالماء والنفط الخام. يتم استخدام نموذج Brinkman-Darcy لتدفق السوائل من خالل مراعاة علاقة MC بين درجة الحرارة وتدفق الحرارة للسائل والصلب. كما تم دراسة دور البارامترات ذات الصلة مثل رقم رايلي ، ونسبة التوصيل الحراري ، ورقم دارسي ، ورقم برينكمان على خطوط الانسياب ، ومتساوي الحرارة ، ومتوسط عدد نسلت من السوائل والصلبة ، ومناقشتها بالتفصيل.
Category
Theses and Dissertations