Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища
We investigate the impact of periodically varying gravitational fields and a throughflow on the bio-thermal Darcy–Brinkman convection within a porous medium layer saturated with a Newtonian fluid containing gyrotactic microorganisms. The study includes an examination of two types of a throughflow: o...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023218 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Репозитарії
Ukrainian Journal of Physics| id |
ujp2-article-2023218 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| spelling |
ujp2-article-20232182024-03-20T12:22:44Z The Effect of Throughflow and Gravitational Modulation on Weakly Nonlinear Bio-Thermal Convection in a Porous Medium Layer Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища Kopp, M.I. Yanovsky, V.V. бiотеплова конвекцiя гравiтацiйна модуляцiя наскрiзний потiк гiротактичний мiкроорганiзм амплiтудне рiвняння Ґiнзбурґа–Ландау bio-thermal convection gravity modulation throughflow gyrotactic microorganism Ginzburg–Landau amplitude equation We investigate the impact of periodically varying gravitational fields and a throughflow on the bio-thermal Darcy–Brinkman convection within a porous medium layer saturated with a Newtonian fluid containing gyrotactic microorganisms. The study includes an examination of two types of a throughflow: one directed against the gravity field and another one along it. We assume that the gravitational modulation has a small amplitude, quantified as a second-order smallness in the dimensionless parameter ϵ, which represents the supercritical parameter of the Rayleigh number. For weakly nonlinear convection, a Ginzburg–Landau (GL) equation with a periodic coefficient is derived in the third order in ϵ. To analyze the heat and mass transfer, we numerically solve the GL equation. The numerical results reveal that the vertical throughflow in the bio-thermal convection exhibits a dual nature, allowing for both augmentation and a reduction of the heat and mass transfers. We investigate the influence of variations in the Vadasz number, Peclet number, bioconvective Peclet number, frequency, and amplitude of modulation on the heat and mass transfer. The effects of these parameters are depicted graphically, illustrating that higher values of the Vadasz and Peclet numbers, as well as increased modulation amplitude, positively impact the heat and mass transfer. In addition, a comparative analysis of modulated and non-modulated systems shows a significant effect of the modulation on the stability of systems. У цьому дослiдженнi вивчається вплив перiодично змiнних гравiтацiйних полiв та наскрiзного потоку на бiотермiчну конвекцiю Дарсi–Брiнкмана в шарi пористого середовища, насиченого ньютонiвською рiдиною, що мiстить гiротактичнi мiкроорганiзми. Дослiдження включає аналiз двох типiв течiї: спрямованого проти напряму поля сили тяжiння та вздовж нього. Ми припускаємо, що амплiтуда гравiтацiйної модуляцiї є невеликою та має другий порядок малостi за безрозмiрним параметром ϵ, який представляє надкритичний параметр числа Релея. Для слабконелiнiйної конвекцiї ми отримали рiвняння Ґiнзбурґа–Ландау (ҐЛ) з перiодичним коефiцiєнтом у третьому порядку за ϵ. Для аналiзу тепломасоперенесення ми чисельно розв’язуємо рiвняння ҐЛ. Числовi результати показують, що вертикальний наскрiзний потiк при бiотермiчнiй конвекцiї має подвiйну природу, дозволяючи як збiльшувати, так i зменшувати тепло- та масоперенесення. Дослiджено вплив змiн числа Вадасза, числа Пекле, бiоконвективного числа Пекле, частоти та амплiтуди модуляцiї на тепло- та масоперенесення. Вплив цих параметрiв зображено графiчно, що показує, що вищi значення чисел Вадасза та Пекле, а також збiльшена амплiтуда модуляцiї позитивно впливають на тепло- та масоперенос. Окрiм того, порiвняльний аналiз модульованих та немодульованих систем показує суттєвий вплив модуляцiї на стiйкiсть систем. Publishing house "Academperiodika" 2024-03-20 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023218 10.15407/ujpe69.2.82 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 69 No. 2 (2024); 82 Український фізичний журнал; Том 69 № 2 (2024); 82 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe69.2 en https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023218/3076 Copyright (c) 2024 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| institution |
Ukrainian Journal of Physics |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
бiотеплова конвекцiя гравiтацiйна модуляцiя наскрiзний потiк гiротактичний мiкроорганiзм амплiтудне рiвняння Ґiнзбурґа–Ландау bio-thermal convection gravity modulation throughflow gyrotactic microorganism Ginzburg–Landau amplitude equation |
| spellingShingle |
бiотеплова конвекцiя гравiтацiйна модуляцiя наскрiзний потiк гiротактичний мiкроорганiзм амплiтудне рiвняння Ґiнзбурґа–Ландау bio-thermal convection gravity modulation throughflow gyrotactic microorganism Ginzburg–Landau amplitude equation Kopp, M.I. Yanovsky, V.V. Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| topic_facet |
бiотеплова конвекцiя гравiтацiйна модуляцiя наскрiзний потiк гiротактичний мiкроорганiзм амплiтудне рiвняння Ґiнзбурґа–Ландау bio-thermal convection gravity modulation throughflow gyrotactic microorganism Ginzburg–Landau amplitude equation |
| format |
Article |
| author |
Kopp, M.I. Yanovsky, V.V. |
| author_facet |
Kopp, M.I. Yanovsky, V.V. |
| author_sort |
Kopp, M.I. |
| title |
Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_short |
Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_full |
Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_fullStr |
Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_full_unstemmed |
Вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_sort |
вплив наскрізного потоку і гравітаційної модуляції на слабконелінійну біотермічну конвекцію у пористому шарі середовища |
| title_alt |
The Effect of Throughflow and Gravitational Modulation on Weakly Nonlinear Bio-Thermal Convection in a Porous Medium Layer |
| description |
We investigate the impact of periodically varying gravitational fields and a throughflow on the bio-thermal Darcy–Brinkman convection within a porous medium layer saturated with a Newtonian fluid containing gyrotactic microorganisms. The study includes an examination of two types of a throughflow: one directed against the gravity field and another one along it. We assume that the gravitational modulation has a small amplitude, quantified as a second-order smallness in the dimensionless parameter ϵ, which represents the supercritical parameter of the Rayleigh number. For weakly nonlinear convection, a Ginzburg–Landau (GL) equation with a periodic coefficient is derived in the third order in ϵ. To analyze the heat and mass transfer, we numerically solve the GL equation. The numerical results reveal that the vertical throughflow in the bio-thermal convection exhibits a dual nature, allowing for both augmentation and a reduction of the heat and mass transfers. We investigate the influence of variations in the Vadasz number, Peclet number, bioconvective Peclet number, frequency, and amplitude of modulation on the heat and mass transfer. The effects of these parameters are depicted graphically, illustrating that higher values of the Vadasz and Peclet numbers, as well as increased modulation amplitude, positively impact the heat and mass transfer. In addition, a comparative analysis of modulated and non-modulated systems shows a significant effect of the modulation on the stability of systems. |
| publisher |
Publishing house "Academperiodika" |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023218 |
| work_keys_str_mv |
AT koppmi theeffectofthroughflowandgravitationalmodulationonweaklynonlinearbiothermalconvectioninaporousmediumlayer AT yanovskyvv theeffectofthroughflowandgravitationalmodulationonweaklynonlinearbiothermalconvectioninaporousmediumlayer AT koppmi vplivnaskríznogopotokuígravítacíjnoímodulâcíínaslabkonelíníjnubíotermíčnukonvekcíûuporistomušaríseredoviŝa AT yanovskyvv vplivnaskríznogopotokuígravítacíjnoímodulâcíínaslabkonelíníjnubíotermíčnukonvekcíûuporistomušaríseredoviŝa AT koppmi effectofthroughflowandgravitationalmodulationonweaklynonlinearbiothermalconvectioninaporousmediumlayer AT yanovskyvv effectofthroughflowandgravitationalmodulationonweaklynonlinearbiothermalconvectioninaporousmediumlayer |
| first_indexed |
2024-03-31T09:28:27Z |
| last_indexed |
2024-03-31T09:28:27Z |
| _version_ |
1796877257266954240 |