Numerical investigation of Rayleigh-Bénard convection in a liquid metal under the influence of a time-modulated tidal force
Description
In the present work it could be shown that the numerical simulations of a free Rayleigh-Bénard convection and a purely electromagnetically driven tidal-like flow in a standing cylindrical volume with an aspect ratio Г = D/H = 1 and laterally applied magnetic coils show good agreement with corresponding experiments. If both mechanisms are combined and the Lorentz force is modulated, the frequency spectra of the helicity in two half-spaces of the volume show clear maxima at the modulation frequency. Such helicity synchronisation by tidal forces is currently being discussed as a possible explanation for the high regularity of the solar dynamo. Furthermore, the slow azimuthal migration of the convection cell that occurs in free convection is suppressed. The oscillation angle of the azimuthal sloshing motion decreases and the dominant frequency in the flow increases. The flow structures generated by the two different drive mechanisms remain independent in the flow and interact with each other.
Availability note (English)
Also available from: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-868321Abstract (German)
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die numerischen simulationen einer freien Rayleigh-Bénard-Konvektion und einer rein elektromagnetisch angetriebenen gezeiten-artigen Strömung in einem stehenden zylindrischen Volumen mit einem Seitenverhältnis Г = D/H = 1 und seitlich angelegten Magnetspulen eine gute Übereinstimmung mit entsprechenden Experimenten aufweisen. Kombiniert man beide Mechanismen und moduliert die Lorentzkraft, so zeigen sich in den Frequenzspektren der Helizität in zwei Halbräumen des Volumens deutliche Maxima an der Modulationsfrequenz. Eine solche Helizitätssynchronisierung durch Gezeitenkräfte wird derzeit als mögliche Erklärung für die hohe Regularität des Sonnendynamos diskutiert. Des Weiteren wird die in freier Konvektion auftretende langsame azimutale Wanderung der Konvektionszelle unterdrückt. Der Schwingungswinkel der azimutalen Schwappbewegung nimmt dabei ab und die in der Strömung dominante Frequenz erhöht sich. Die durch die zwei unterschiedlichen Antriebsmechanismen erzeugten Strömungsstrukturen bleiben in der Strömung eigenständig erhalten und treten in gegenseitige Interaktion.Files
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- Original title (German)
- Numerische Untersuchung der Rayleigh-Bénard-Konvektion in einem Flüssigmetall unter dem Einfluss einer zeitlich modulierten gezeitenartigen Kraft
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 110 p.
- Report number
- INIS-DE--4590
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 55056083
- Subject category
- S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS; S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ASPECT RATIO; COMPUTERIZED SIMULATION; HELICITY; LIQUID METALS; LORENTZ FORCE; MAGNET COILS
- Descriptors DEC
- DIMENSIONLESS NUMBERS; ELECTRIC COILS; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELEMENTS; EQUIPMENT; FLUIDS; LIQUIDS; METALS; PARTICLE PROPERTIES; SIMULATION