Convección turbulenta a muy altos números de Rayleigh

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos La dinámica de fluidos.
• La termodinámica es la termodinámica.
• Transferencia de calor por transferencia de calor.

Sus antecedentes:

• La convección turbulenta es impulsada por gradientes térmicos a altos números de Rayleigh (Ra).
• La comprensión de las propiedades de transporte de calor, en particular el número de Nusselt (Nu), es crucial.
• Los modelos teóricos predicen un régimen asintótico con escala Nu como Ra (((1/2) a muy alta Ra.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el transporte térmico en convección turbulenta sobre un rango extendido de números de Rayleigh.
• Para determinar si existe un régimen asintótico con escalado Ra(1/2).
• Para analizar las fluctuaciones internas de la temperatura y las estadísticas de velocidad.

Principales métodos:

• Experimentos realizados con gas de helio criogénico.
• Las mediciones realizadas a través de once órdenes de magnitud del número de Rayleigh (10^6 a 10^7).
• Análisis del transporte de calor (número de Nusselt) y las fluctuaciones de temperatura.

Principales resultados:

• Los datos siguen consistentemente una sola ley de potencia, Nu proporcional a Ra (beta).
• El exponente de escalado observado es consistentemente beta ≈ 0.31.
• No se encontró evidencia de una transición al régimen de Ra 1/2) teóricamente predicho.

Conclusiones:

• El estudio desafía la existencia del régimen asintótico previsto de Ra{1/2) en la convección turbulenta.
• Un exponente de escala constante de aproximadamente 0,31 gobierna el transporte de calor en un vasto rango de Ra.
• Se necesita más investigación para refinar los modelos de transferencia de calor por convección turbulenta.