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Rotating non-Oberbeck--Boussinesq Rayleigh-Bénard convection in water

Horn, Susanne und Shishkina, Olga (2014) Rotating non-Oberbeck--Boussinesq Rayleigh-Bénard convection in water. Physics of Fluids, 26 (5), Seiten 1-19. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/1.4878669. ISSN 1070-6631.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4878669

Kurzfassung

Rotating Rayleigh-Bénard convection in water is studied in direct numerical simulations, where the temperature dependence of the viscosity, the thermal conductivity and the density within the buoyancy term is taken into account. In all simulations the arithmetic mean of the lowest and highest temperature in the system equals 40°C, corresponding to a Prandtl number of Pr = 4.38. In the non-rotational case the Rayleigh number Ra ranges from 107 to 1.16 × 109 and temperature differences Δ up to 70K are considered, whereas in the rotational case the Rossby number range from 0.05 ≤ Ro ≤ 10.0 is studied for Δ = 40K with the focus on Ra = 108. The non-Oberbeck-Boussinesq (NOB) effects in water are reflected in an up to 5.5K enhancement of the center temperature and in an up to 5% reduction of the Nusselt number. The top thermal and viscous boundary layer thicknesses increase and the bottom ones decrease, while the sum of the corresponding top and bottom thicknesses remains as in the classical Oberbeck-Boussinesq (OB) case. Rotation applied to NOB thermal convection reduces the central temperature enhancement. Under NOB conditions the top (bottom) thermal and viscous boundarylayers become equal for slightly smaller (larger) Rossby number than in the OB case. Furthermore, for rapid rotation the thermal bottom boundary layers become thicker than the top ones. The Nusselt number normalized by that in the non-rotating case depends similarly on Ro in both, the NOB and the OB cases. The deviation between the Nusselt number under OB and NOB conditions is minimal when the thermal and viscous boundary layers are equal.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/87739/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Published online 28 May 2014
Titel:Rotating non-Oberbeck--Boussinesq Rayleigh-Bénard convection in water
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Horn, SusanneSusanne.Horn (at) ds.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shishkina, OlgaOlga.Shishkina (at) ds.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2014
Erschienen in:Physics of Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:26
DOI:10.1063/1.4878669
Seitenbereich:Seiten 1-19
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:1070-6631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rayleigh-Bénard convection, rotating flows
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Bodengebundener Verkehr (alt)
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Next Generation Train III (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Fluidsysteme
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:12 Jun 2014 15:18
Letzte Änderung:11 Jun 2021 04:13

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