The stability of vertical thermal buoyancy induced flows in cold pure and saline water

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1986, Vol.29 (9), p.1383-1392
• Main Authors: Qureshi, Z.H., Gebhart, B.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Exact sciences and technology; Fluid dynamics; Fundamental areas of phenomenology (including applications); Hydrodynamic stability; Physics
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(86)90170-5

Buoyancy driven flows in cold pure and saline water very commonly arise. The anomalous density behavior of cold water, for example, a density extremum at about 4°C in pure water at atmospheric pressure, commonly has very large effects on flow and transport. Resulting mechanisms have been studied for various geometries and conditions, primarily for laminar flow. This study assesses the stability and instability mechanisms of developing flows adjacent to a vertical surface subject to both uniform flux and isothermal bounding conditions, in pure water at two pressure levels. The specific condition treated is that in which the quiescent ambient medium is at the density extremum condition. It is found that even this relatively weak effect, the variation to a density extremum across the thermal layer in the fluid, has important effects on instability and disturbance growth downstream. However, the nature of the instabilities and their selective amplification are similar to those well known for more ordinary fluid conditions. The new results here are compared with recent measurements of disturbance behavior, with excellent agreement. Des mouvements naturels se forment couramment dans l'eau pure et l'eau salée. L'anomalie de densité de l'eau à 4°C et à la pression atmosphérique a des effets importants sur le mouvement. On étudie les mécanismes pour différentes géométries et conditions, principalement pour l'écoulement laminaire. Cette étude précise la stabilité des écoulements adjacents à une paroi verticale, soumise à un flux uniforme ou à température constante, pour l'eau pure à deux niveaux de pression. La condition spécifique traitée est celle d'un milieu ambiant au repos et pour la condition relativement faible, la variation de densité à travers la couche limite a des effets importants sur l'instabilité et sur la croissance des perturbations en aval. Les résultats nouveaux obtenus sont comparés avec des mesures récentes du comportement de perturbation et cela avec un accord excellent. Strömungen aufgrund von Dichteunterschieden in reinem und salzigem kaltem Wasser treten häufig auf. Die Dichteanomalie des Wassers mit dem Maximum bei etwa 4°C in reinem Wasser bei Umgebungsdruck beeinfluβt Strömungs- und Transportvorgänge stark. Die daraus entstehenden Vorgänge wurden für verschiedene Anordnungen und Bedingungen untersucht, in erster Linie bei laminarer Strömung. Die vorliegende Studie untersucht Stabilitäts- und Instabilitätserscheinungen von Anlaufströmungen