Studium přenosu tepla turbulentním prouděním v studeném héliovém plynu v experimentu s Rayleigh-Bénardovou konvekcí na ÚPT AV v Brně

Abstract

Diplomová práce se věnuje studiu Rayleigh-Bénardovy konvekce pro Rayleighova čísla v rozsahu 1E8-1E14. Vyhodnocovaná data pochází z experimentu s kryogenním heliem ve válcové cele v konfiguraci s průměr cely D = 30 cm, výška L = 30 cm a druhé konfiguraci s průměr cely D = 30 cm, výška L = 15 cm. Miniaturní snímače zaznamenávaly fluktuace teploty v čase při různých fyzikálních podmínkách a vlastnostech helia. Pomocí softwaru MATLAB byly z naměřených dat určovány výstupní parametry systému (Nusseltova a Reynoldsova čísla) a jejich závislosti na kontrolních parametrech (Rayleighově a Prandtlově čísle). V práci byl použit nový přístup rozdělení naměřených signálů podle smyslu otáčení turbulentního větru, který vede na zlepšení analýzy. Reynoldsova čísla byla vyhodnocována pomocí tzv. eliptické metody. Dále se práce věnuje studiu koherentní struktury turbulentního větru uvnitř cely.

The diploma thesis deals with the study of Rayleigh-Bénard convection for Rayleigh numbers in the range 1E8-1E14. The evaluated data come from an experiment with cryogenic helium in a cylindrical cell in a configuration with cell diameter D = 30 cm, height L = 30 cm and a second configuration with cell diameter D = 30 cm, height L = 15 cm. Miniature sensors recorded temperature fluctuations over time under various physical conditions and properties of helium. Using MATLAB software, the output parameters of the system (Nusselt and Reynolds numbers) and their dependence on the control parameters (Rayleigh and Prandtl numbers) were determined from the measured data. A new approach to the distribution of measured signals according to the direction of large scale circulation was used in the work, which leads to improved analysis. Reynolds numbers were evaluated using the so-called elliptic method. Furthermore, the work deals with the study of the coherent structure of the large scale circulation inside the cell.