Studio dell'innesco della convezione naturale in una cavità porosa sotto l'ipotesi di non equilibrio termico locale: analisi di stabilità lineare e non lineare tramite simulazione numerica

Nell’elaborato vengono investigati i parametri di innesco della convezione termica in una cavità porosa saturata da un fluido in quiete e il tipo di instabilità che si instaura successivamente all’innesco della convezione, caratterizzato da un numero specifico di celle convettive. Le pareti verticali sono considerate adiabatiche e le pareti orizzontali a temperatura costante, con la temperatura della parete inferiore maggiore rispetto a quella della temperatura superiore. I parametri di innesco della convezione sono studiati tramite l’analisi della stabilità lineare e tramite simulazione numerica, al fine di confermare i risultati ottenuti dalla prima analisi. Il problema viene suddiviso in due casi, la cui differenza consiste nella possibilità o l’impossibilità di considerare l’ipotesi di equilibrio termico locale all’interfaccia tra solido e fluido. Per entrambi i casi, lo studio effettuato dimostra la corrispondenza dei valori ottenuti tramite l’analisi di stabilità lineare e la simulazione numerica. Per quanto riguarda il primo caso in studio, sono stati presentati nuovi valori numerici, confermando quelli di studi analoghi presenti in letteratura. Il secondo caso invece, ha portato la presentazione di risultati inediti riguardanti i valori dei parametri di innesco della convezione naturale. Dallo studio effettuato risulta che la presenza di scambio termico tra solido e fluido all’interno della cavità, nel caso in presenza di non-equilibrio termico locale, rende il sistema più stabile; tuttavia, all’aumentare del coefficiente di cambio termico tra solido e fluido, la trasmissione del calore all’interno del dominio è minore. La crescita dei parametri di innesco della convezione non ha un andamento lineare. Infatti, l’andamento generale è costituito dalla sovrapposizione di tratti lineari, dati dagli andamenti singoli per i diversi tipi di instabilità, in base al numero di celle convettive che si instaurano nel dominio.