Біотеплова конвекція Дарсі–Брінкмана в пористому шарі, який обертається, насиченому ньютонівською рідиною, що містить гіротактичні мікроорганізми
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.1.30Ключові слова:
модель Дарсi–Брiнкмана, бiотеплова конвекцiя, сила Корiолiса, пористе середовище, гiротактичний мiкроорганiзмАнотація
В роботi на основi моделi Дарсi–Брiнкмана дослiджується бiотеплова конвекцiя в шарi пористого середовища, що обертається, насиченого ньютонiвською рiдиною з гiротактичними мiкроорганiзмами. Лiнiйний аналiз бiотермiчної конвекцiї проводився методом Галеркiна для жорсткожорстких граничних умов. У стацiонарному режимi отримано дисперсiйне рiвняння зi зв’язком мiж тепловим числом Релея–Дарсi та числом бiоконвекцiї Релея–Дарсi. Проаналiзовано та показано графiчно вплив числа Пекле, гiротаксису, числа Дарсi, числа Релея–Дарсi, ексцентриситету клiтини та параметра обертання на бiоконвективнi процеси. Результати показують, що збiльшення параметра обертання (числа Тейлора) затримує початок бiоконвекцiї, тодi як збiльшення ексцентриситету клiтини може посилити початок конвекцiї.
Посилання
D. Ingham, L. Pop. Transport Phenomena in Porous Media (Elsevier, 2005).
D.A. Nield, A. Bejan. Convection in Porous Media (Springer, 2006).
P. Vadasz. Instability and convection in rotating porous media: A review. Fluids 4, 147 (2019).
https://doi.org/10.3390/fluids4030147
T.J. Pedley, N.A. Hill, J.O. Kessler. The growth of bioconvection patterns in a uniform suspension of gyrotactic microorganisms. J. Fluid Mech. 195, 223 (1988).
https://doi.org/10.1017/S0022112088002393
N.A. Hill, T.J. Pedley, J.O. Kessler. Growth of bioconvection patterns in a suspension of gyrotactic microorganisms in a layer of finite depth. J. Fluid Mech. 208, 509 (1989).
https://doi.org/10.1017/S0022112089002922
T.J. Pedley, J.O. Kessler. Hydrodynamic phenomena in suspensions of swimming microorganisms. Ann. Rev. Fluid Mech. 24, 313 (1992).
https://doi.org/10.1146/annurev.fl.24.010192.001525
A.V. Kuznetsov, A.A. Avramenko. Stability analysis of bioconvection of gyrotactic motile microorganisms in a fluid saturated porous medium. Transp. Porous Media 53, 95 (2003).
https://doi.org/10.1115/IMECE2002-39529
D.A. Nield, A.V. Kuznetsov, A.A. Avramenko. The onset of bioconvection in a horizontal porous-medium layer. Transp. Porous Media 54, 335 (2004).
https://doi.org/10.1023/B:TIPM.0000003662.31212.5b
A.A. Avramenko, A.V. Kuznetsov. The onset of convection in a suspension of gyrotactic microorganisms in superimposed fluid and porous layers: Effect of vertical throughflow. Transp. Porous Media 65, 159 (2006).
https://doi.org/10.1007/s11242-005-6086-3
A.V. Kuznetsov. The onset of thermo-bioconvection in a shallow fluid saturated porous layer heated from below in a suspension of oxytactic microorganisms. Eur. J. Mech. B/Fluids 25, 223 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2005.06.003
A.A. Avramenko. Model of Lorenz instability for bioconvection. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 10, 68 (2010).
E. Lorenz. Deterministic nonperiodic flow. J. Atmos. Sci. 20, 130 (1963).
https://doi.org/10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2
Yongyun Hwang, T.J. Pedley. Bioconvection under uniform shear: Linear stability analysis. J. Fluid Mech. 738, 522 (2014).
https://doi.org/10.1017/jfm.2013.604
N.P. Dmitrenko. Main aspects of the process of bioconvection in nanofluids and porous media. Industrial Heat Engineering 39 (5), 19 (2017).
https://doi.org/10.31472/ihe.5.2017.03
Y.D. Sharma, V. Kumar. The effect of high-frequency vertical vibration in a suspension of gyrotactic microorganisms. Mech. Res. Commun. 44, 40 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2012.06.001
A.K. Kushwaha, Y.D. Sharma, A. Sharma. Stability Analysis of Vibrational System of Shallow Layers Repleted with Random Swimming Gyrotactic Microorganisms (Research Square, 2022).
https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1814108/v1
M. Zhao, S. Wang, H. Wang, U.S. Mahabaleshwar. Darcy-Brinkman bio-thermal convection in a suspension of gyrotactic microorganisms in a porous medium. Neural Comput. & Applic. 31, 1061 (2019).
https://doi.org/10.1007/s00521-017-3137-y
A.V. Kuznetsov. Thermo-bio-convection in porous media. J. Porous Media 9, 581 (2006).
https://doi.org/10.1615/JPorMedia.v9.i6.60
H.C. Brinkman. A calculation of the viscous force exerted by a flowing fluid on a dense swarm of particles. Appl. Sci. Res. A 1, 27 (1947).
https://doi.org/10.1007/BF02120313
B.A. Finlayson. The Method of Weighted Residuals and Variational Principles (Academic Press, 1972).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
