Elucidation of fundamental questions in turbulent convection
Project goals
Turbulence is unsolved problem of classical physics. There are several laboratories in the world trying to elucidate the mechanism of turbulent convection. The focus is on determining the Nu(Ra) dependence and the transition to the Kraichnan regime Nu~Ra^0.5. The results are conflicting. With the objective of finding answers to the fundamental questions, we propose (i) to critically evaluate the conflicting results by appropriate measurements and (ii) to conduct a new experimental study of the natural convection at Rayleigh numbers up to 2e15. The novelty of (ii) is in constricting the flow in the central volume of a convection cell, where Ra^0.5 could set in. This will provide new results on the Nu(Ra) dependence for bulk fluid without boundary layers. Our unique resources enable us to use cryogenic 4He as a fluid in our purpose built apparatus. The findings will improve predictions of large scale circulation in the oceans, atmosphere and in numerous industrial processes.
Keywords
cryogenic turbulencethermal convectionRayleigh-Benard convectionheat transportRayleigh numberNusselt numberPrandtl number
Public support
Provider
Academy of Sciences of the Czech Republic
Programme
The research grant projects for juniors
Call for proposals
Juniorské badatelské grantové projekty 7 (SAV02009-B)
Main participants
—
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
KJB200650902
Alternative language
Project name in Czech
Objasnění zásadních otázek turbulentní konvekce
Annotation in Czech
Turbulence je posledním nevyřešeným problémem klasické fyziky. Několik světových laboratoří usiluje o prohloubení poznatků o přirozené turbulentní konvekci. Pozornost je zaměřena na zákonitost Nu(Ra,Pr) a na podmínky přechodu do Kraichnanova režimu Nu~Ra^0.5. Výsledky jsou kontroverzní. S cílem přispět k řešení rozporů, navrhujeme (a) kriticky zhodnotit rozporné výsledky odpovídajícím měřením s užitím konvekční cely v níž jsou eliminovány parazitní tepelné toky (b) provést zcela nové experimentální studium přirozené konvekce při vysokých Rayleighových číslech Ra až 2e15, spočívající v modifikaci cely zúžením v centrální části, kde lze očekávat Kraichnanův režim. Získáme tak nové výsledky závislost Nu(Ra), která popisuje objem tekutiny bez vlivu mezníchvrstev. Zázemí naší laboratoře umožní využít kryostatu s konvekční celou a kryogeního 4He jako nejvhodnější tekutiny pro dosažení vysokých Ra. Znalost vztahu Nu(Ra) má velký význam např. pro geofyziku, oceánografii, meteorologii.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
By measuring of heat transfer efficiency in thermal convection in the range of Ra numbers 1e6-1e15 it was shown that the results obey with law Nu~Ra^1/3 for 1e12
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2009
Realization period - end
Dec 31, 2011
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Mar 18, 2011
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP12-AV0-KJ-U/01:1
Data delivery date
May 25, 2012
Finance
Total approved costs
1,069 thou. CZK
Public financial support
1,069 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
1 069 CZK thou.
Public support
1 069 CZK thou.
100%
Provider
Academy of Sciences of the Czech Republic
CEP
BK - Liquid mechanics
Solution period
01. 01. 2009 - 31. 12. 2011