Конвекция в слое воды,вызванная электромагнитной волной.I. Стационарные режимы нагрева

Рассматривается задача о стационарных режимах нагрева жидкости при поглощении ею электромагнитного излучения и границах возникновения конвекции в плоском слое вязкой, теплопроводной морской воды. Считается, что на свободной поверхности происходит турбулентный теплообмен с окружающим слой воздухом. В первой части работы исследованы два возможных тепловых режимов на нижней поверхности слоя жидкости - изотермический и адиабатический. Для всех режимов, установлены условия реализации стационарного режима нагрева и показано, что существую режимы, в которых нижние слои жидкости нагреты сильнее, чем верхние. Во второй части проведено исследование устойчивости стационарных режимов нагрева жидкости. Анализ конвекции проводится в приближении Буссинеска, с учетом нелинейного джоулева тепловыделения. Нелинейность джоулева тепловыделения связанна с тем, что электропроводность воды, определяющая поглощение электромагнитной волны, зависит от температуры. Установлено, что стационарные режимы неравномерного нагрева жидкости могут быть не устойчивым и приводить к возникновению конвекции. В пространстве рабочих параметров установлены границы возникновения тепловой конвекции.

Convection in a Layer of the Water, Caused by the Electromagnetic Wave.I. Regimes of Stationary Heating

Problems of stationary heating of a liquid by absorption of the electromagnetic radiation and stabilities of a flat layer viscous, heat-transferring sea water are examined. It is considered, that on a free surface there is a turbulent heat exchange to air surrounding a layer. In the first part of work two possible thermal modes on the bottom surface of a liquid layer (isothermal and adiabatic) are investigated. For all modes, conditions of a stationary heating are established. It is shown, that exist regimes in which the bottom layers of a liquid are heated up more strongly, than top. In the second part research the stability of stationary liquid heating modes is considered. The analysis of thermal convection is carried out using the well-known Boussinesq approximation and considering the nonlinear Joule heating. The nonlinearity of the Joule heating is connected that the water electrical conductivity, determining absorption of an electromagnetic wave, depends on temperature, Is established, that stationary modes of non-uniform heating of a liquid can be not stable and the heat convection could to occurred. In space of working parameters the borders of the thermal convection occurrence are established.