A novel heat transfer switch using the yield stress
Notice bibliographique
Résumé
We explore the feasibility of a novel method for the regulation of heat transfer across a cavity, by using a controllable yield stress in order to suppress the convective heat transfer. Practically, this type of control can be actuated with electro-rheological or magneto-rheological fluids. We demonstrate that above a given critical yield stress value only static steady regimes are possible, i.e. a purely conductive unyielded fluid fills the cavity. We show that this limit is governed by a balance of yield stress and buoyancy stresses, here described by $B$ . With proper formulation the critical state can be described as a function of the domain geometry, and is independent of other dimensionless flow parameters (Rayleigh number, $\mathit{Ra}$ , and Prandtl number, $\mathit{Pr}$ ). On the theoretical side, we examine the conditional stability of the static regime. We derive conservative conditions on disturbance energy to ensure that perturbations from a static regime decay to zero. Assuming stability, we show that the kinetic energy of the perturbed field decays to zero in a finite time, and give estimates for the stopping time, $t_{0}$ . This allows us to predict the response of the system in suppressing advective heat transfer. The unconditional stability is also considered for the first time, illustrating the role of yield stress. We focus on the hydrodynamic characteristics of Bingham fluids in transition between conductive and convective limits. We use computational simulations to resolve the Navier–Stokes and energy equations for different yield stresses, and for different imposed controls. We show that depending on the initial conditions, a yield stress less than the critical value can result in temporary arrest of the flow. The temperature then develops conductively until the fluid yields and the flow restarts. We provide estimates of the hydrodynamic timescales of the problem and examples of flow transitions. In total, the theoretical and computational results establish that this methodology is feasible as a control, at least from a hydrodynamic perspective.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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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 tête enseignante, 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 ».