Penetrative Elektrothermische Konvektion in Anisotropen Porösen Medien: Rolle von Geschwindigkeit und Thermischen Randbedingungen

Diese Studie untersucht die penetrative elektrothermische Konvektion, die durch uniforme innere Wärmequellen in einer horizontalen Schicht eines dielektrischen, fluidgesättigten anisotropen Brinkman-porösen Mediums, das einem einheitlichen AC-Elektrofeld ausgesetzt ist, angetrieben wird. Anisotropie in der Durchlässigkeit und der Wärmeleitfähigkeit wird berücksichtigt, wobei die vertikale Durchlässigkeit auf das Zweifache des horizontalen Wertes festgelegt ist, während der thermische Anisotropieparameter variiert wird. Die Grenzen werden entweder als starr oder stressfrei betrachtet, mit einer adiabatischen unteren Fläche und einer oberen Fläche, die einer Robin-Wärmebedingung unterliegt. Eine lineare Stabilitätsanalyse ergibt ein verallgemeinertes Eigenwertproblem, das numerisch mit einer Galerkin-Methode gelöst wird. Das Prinzip des Austauschs von Stabilisierungen gilt für Kombinationen starrer-starrer, starrer-freier und freier-freier Grenzen. Eine Erhöhung der AC-elektrischen Rayleigh-Zahl und der Darcy-Zahl führt zu einem früheren Beginn der Konvektion, während größere thermische Anisotropie und Biot-Zahlen die Instabilität verzögern. Geschwindigkeitsrandbedingungen haben einen signifikanten quantitativen Einfluss, wobei starre Grenzen am stabilisierendsten sind. Als Grenzfall wird auch die rein elektrokinetische Konvektion in Abwesenheit von Auftrieb betrachtet. Obwohl die qualitativen Trends denjenigen im gekoppelten elektrothermischen Regime ähnlich bleiben, sind erheblich höhere kritische AC-elektrische Rayleigh-Zahlen und Wellenzahlen erforderlich, um Instabilität auszulösen, was die Notwendigkeit zeigt, dass elektrische Kräfte allein die viskose und poröse Dissipation überwinden müssen.