Summary
Bénard convection within a cylindrical box heated from below was investigated experimentally using interferometric measuring devices and three-dimensional evaluation techniques. Nonaxisymmetric longitudinal convection rolls have been observed atquasistatic heating rates and for diameter-to-height ratios of 6 and 6.8. The quantitatively evaluated density profiles show that the flow pattern is three-dimensional.
Circular convection rolls were observed duringtime dependent heating because of the axisymmetrically disturbed temperature field at the lateral walls. However, when approaching steady state conditions at fixed heat current the formation of a non-axisymmetric three-dimensional flow pattern was observed. This pattern was different from the one observed at quasistatic heating rates. Thus the influence of the history on the pattern of cellular free convective flow has been demonstrated.
Zusammenfassung
Die Zellularkonvektion in einem von unten beheizten zylindrischen Behälter wurde mit Hilfe eines Interferometers und einer dreidimensionalen Auswertetechnik experimentell untersucht. Beiquasistatischer Aufheizung sowie bei einem Durchmesser zu Höhenverhältnis von 6 bzw. 6.8 wurden nichtachsensymmetrische längliche Rollen beobachtet. Eine quantitative Auswertung der Dichteprofile zeigt eine dreidimensionale Struktur der Strömung.
Bei einerinstationären Aufheizung hingegen zeigten sich ringförmige Konvektionsrollen, die durch eine achsensymmetrische Temperaturstörung an der vertikalen Berandung hervorgerufen werden. Nach Erreichen eines stationären Endzustandes bei einer festgehaltenen Heizrate wurde ein Übergang zu einer nichtachsensymmetrischen dreidimensionalen Strömungskonfiguration beobachtet. Diese unterschied sich deutlich von dem Strömungsbild bei quasistatischer Aufheizung. Hierdurch konnte der Einfluß der Vorgeschichte auf den stationären Endzustand der Zellularkonvektion demonstriert werden.
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Kirchartz, K.R., Müller, U., Oertel, H. et al. Axisymmetric and non-axisymmetric convection in a cylindrical container. Acta Mechanica 40, 181–194 (1981). https://doi.org/10.1007/BF01170430
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF01170430