The Rayleigh–Benard convection in gas with chemical reactions

Задача о конвекции Рэлея–Бенара химически равновесного газа решается численно. Газ считается несжимаемым, границы слоя имеют постоянную температуру и свободны от сдвиговых напряжений. Используется модель Буссинеска с коэффициентом в члене плавучести, зависящим от поперечной координаты. Полученная нелинейная система уравнений решается ранее разработанным численным методом, основанным на спектральном представлении завихренности и температуры. Конвекция в несжимаемом газе невозможна. Но, как показано здесь, в несжимаемом газе с химическими реакциями конвекция возможна благодаря аномальной зависимости коэффициента теплового расширения газа от температуры. Линейный анализ показал, что критическое число Рэлея существенно уменьшается при уменьшении давления. Область неустойчивости распространяется к более высоким температурам при увеличении давления. Получены различные нелинейные режимы конвекции: стационарный, периодический, квазипериодический и стохастический. Исследование конвекции газа при химическом равновесии может быть полезно для понимания перехода ячеистого горения поверхностных систем во взрыв (поверхностная детонация) и для оптимизации рабочих режимов химических реакторов.