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Linear Stability of Variable-Viscosity Fluid Layer under Convection Boundary Condition

대류 조건하의 가변 점성 유체층의 선형 안전성

  • 송태호 (한국과학기술원 기계공학과)
  • Published : 1992.01.01

Abstract

The critical condition for onset of Benard convection with variable viscosity .nu.=.nu.$_{0}$exp(-CT) has been obtained using a linear stability theory. The bottom wall is rigid while the upper surface may be either free or rigid. The two boundaries are subject to convective heat transfer. The critical Rayleigh numbers are presented up to maximum viscosity ratio of 3000. It is greater for smaller upper and/or lower surface Biot numbers. Its dependence on the viscosity ratio is complicated. However, a simple sublayer theory is found to be applicable for extremely large viscosity ratio. In such cases, the critical Rayleigh number and the critical wave number are functions of viscosity ratio and lower surface Biot number.r.

본 연구에서는 실제적으로 베나트 대류의 발생시 유체층의 상하면은 적당한 대류 열전달 계수를 가지고 있게 되는데, 이와 같은 경계 조건을 가진 가변 점성 유 체의 안정성은 연구된 바가 없다. 이에 따라 본 연구를 수행하게 되었으며 유체의 점성이 지수 함수적으로 (.nu.=.nu.o exp(-CT)) 변화할 경우를 관찰하였다. Fig.1은 대 상이 된 유체층을 보인 것으로 하부는 고정되어 있고 상부는 고정되어 있거나 자유 표 면 상태이다. 유체층의 하부는 상부보다 더 뜨겁게 되어 있는데, 이것은 유체층의 상부는 차가운 주위로 열을 빼앗기며 하부는 뜨거운 주위로부터 가열되기 때문이다. 이때 상하부의 냉각 및 가열 경계 조건은 대류경계 조건으로 주어진다. 열팽창 계수 는 양이며 온도의 증가에 따라 점성은 감소한다.이와 같은 온도-점성 관계, 수력학 적 경계조건, 열적 조건등은 프란틀 수가 큰 유체에서 표본적으로 나타나는 것들로서 선형적 안정 이론을 적용하여 옳은 결과를 얻을 수 있다.