Einsetzen der Konvektion in einer von unten gekühlten Wasserschicht bei Temperaturen unter 4° C

Abstract

The onset of convection was analytically and experimentally investigated for a horizontal water layer cooled from below. The water temperature varied from 0°C to 20°C. The neutral stability curves, predicted for different boundary conditions, are described by three parameters, the Rayleigh-Number Ra, the Nonlinearity N and the Biot-Number Bi. The Nonlinearity N considers the deviation of the real density-distribution from a linear distribution, the case of the well known Benard-problem. The experimental results are in good agreement with the predicted values.

Zusammenfassung

Das Einsetzen der Konvektion in einer horizontalen von unten gekühlten Wasserschicht im Temperaturbereich 0°C bis 20°C wird analytisch und experimentell untersucht. Die, für verschiedene Randbedingungen an den beiden Begrenzungsflächen, berechneten Stabilitätsgrenzen werden durch drei Parameter, die Rayleigh-Zahl Ra, die Nichtlinearitat N und die Biot-Zahl Bi vollstandig beschrieben. Die Nichtlinearitat N ist ein Maß für die Abweichung des tatsachlichen Dichteverlaufs von einem der Temperatur proportionalen Dichteverlauf, wie er beim klassischen “Bénard-Problem” vorliegt. Die experimentellen Ergebnisse stimmen mit den berechneten Werten sehr gut überein.