Біотеплова конвекція Дарсі–Брінкмана в пористому шарі, який обертається, насиченому ньютонівською рідиною, що містить гіротактичні мікроорганізми

Автор(и)

  • M.I. Kopp Institute for Single Crystals, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • V.V. Yanovsky V.N. Karazin Kharkiv National University

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe68.1.30

Ключові слова:

модель Дарсi–Брiнкмана, бiотеплова конвекцiя, сила Корiолiса, пористе середовище, гiротактичний мiкроорганiзм

Анотація

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

2023-03-12

Як цитувати

Kopp, M., & Yanovsky, V. (2023). Біотеплова конвекція Дарсі–Брінкмана в пористому шарі, який обертається, насиченому ньютонівською рідиною, що містить гіротактичні мікроорганізми. Український фізичний журнал, 68(1), 30. https://doi.org/10.15407/ujpe68.1.30

Номер

Розділ

Загальна фізика