Experimentální analýza Rayleighovy-Bénardovy-Poiseuilleovy konvekce

Ing. Jaroslav Pulec

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertační práce se zaměřuje na experimentální výzkum termodynamické stability proudící tekutiny v přímém vodorovném kanále s obdélníkovým průřezem. Hlavním cílem je využít možností metod Particle Image Velocimetry (PIV, česky též integrální laserová anemometrie) a Laser-Induced Fluorescence (LIF, laserem indukovaná fluorescence) pro výzkum jevů spojených se ztrátou stability při Rayleighově-Bénardově-Poiseuilleově konvekci. Práce porovnává známé metody a nové přístupy v určování charakteristik smíšené konvekce. Klíčovými zjištěními byla identifikace a kvantifikace hranic rozvoje sekundární-ho proudění, určení rychlostního profilu a zejména analýza součinitele přestupu tepla pomocí metody LIF. Výsledky jsou porovnány s dřívějšími pracemi jiných autorů a poskytují cenné informace pro další studium teplotní stability. Získaná data lze využít v další analýze tepelně řízeného sekundárního proudění, jako je validace numerických simulací. Tento výzkum je důležitý pro mnoho technických aplikací, kde přesný popis proudění a přenosu tepla hraje důležitou roli, např. při návrhu jaderných a chemických reaktorů, výměníků tep-la, solárních ohřívačů a chlazení elektronických zařízení.

Abstract:

This dissertation focuses on the experimental research of thermodynamic stability of a liquid flow in a straight horizontal channel with a rectangular cross-section. The main aim is to take advantage of the possibilities of the Particle Image Velocimetry (PIV) and the Laser-Induced Fluorescence (LIF) methods in researching phenomena associated with stability loss during Rayleigh-Bénard-Poiseuille convection. The work compares known methods and new approaches in determining the characteristics of mixed convection. Key findings include identifying and quantifying the boundaries of secondary flow development, determination of the velocity profile, and analysis the heat transfer coefficient using the LIF method. The results are compared with previous works by other authors, providing valuable information for further temperature stability studies. The data obtained can be used in further analysis of the thermally driven secondary flow such as validation of computational fluid dynamics simulations. This research is relevant for many technical applications where accurate description of flow and heat transfer play important role such as in design of nuclear and chemical reactors, heat exchangers, solar heaters, and cooling of electronic devices.

Keywords

Rayleighova-Bénardova-Poiseuilleova konvekce, přestup tepla, experiment, Particle Image Velocimetry, Laser-Induced Fluorescence

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 2. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Václav Vinš, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Applied Mechanics / Aplikovaná mechanika - 18