Thermal plumes in viscoplastic fluids: flow onset and development
Notice bibliographique
Résumé
The purely conductive state in configurations such as the Rayleigh–Bénard one is linearly stable for yield stress fluids at all Rayleigh numbers, $Ra$ . However, on changing to localized heater configurations the static background state exists only if the yield stress is sufficiently large. Otherwise, thermal plumes may be induced in a stationary viscoplastic fluid layer, as illustrated in the recent experimental study of Davaille et al. (J. Non-Newtonian Fluid Mech., vol. 193, 2013, 144–153). Here, we study an analogous problem both analytically and computationally, from the perspective of an ideal yield stress fluid (Bingham fluid) that is initially stationary in a locally heated rectangular tank. We show that for a non-zero yield stress the onset of flow waits for a start time $t_{s}$ that increases with the dimensionless ratio of yield stress to buoyancy stress, denoted $B$ . We provide a precise mathematical definition of $t_{s}$ and approximately evaluate this for different values of $B$ , using both computational and semianalytical methods. For sufficiently large $B\geqslant B_{cr}$ , the fluid is unable to yield. For the flow studied, $B_{cr}\approx 0.00307$ . The critical value $B_{cr}$ and the start time $t_{s}$ , for $B , are wholly independent of $Ra$ and $Pr$ . For $B , yielding starts at $t=t_{s}$ . The flow develops into either a weakly or a strongly convective flow. In the former case the passage to a steady state is relatively smooth and monotone, resulting eventually in a steady convective plume above the heater, rising and impinging on the upper wall, then recirculating steadily around the tank. With strongly convecting flows, for progressively larger $Ra$ we observe an increasing number of distinct plume heads and a tendency for plumes to develop as short-lived pulses. Over a certain range of $(Ra,B)$ the flow becomes temporarily frozen between two consecutive pulses. Such characteristics are distinctly reminiscent of the experimental work of Davaille et al. (J. Non-Newtonian Fluid Mech., vol. 193, 2013, 144–153). The yield stress plays a multifaceted role here as it affects plume temperature, size and velocity through different mechanisms. On the one hand, increasing $B$ tends to increase the maximum temperature of the plume heads. On the other hand, for larger $B\rightarrow B_{cr}$ , the plume never starts.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».