Ячейки Бенара
Конвективный теплоперенос в жидкости можно наблюдать на опыте, который впервые осуществил ученый Бенар.
В металлический сосуд налито вязкое масло, в этом масле размешан порошок - бронзовая пудра. Металлический сосуд поставлен на электрическую плитку и нагревается снизу. Теплоперенос осуществляется от плитки к верхней поверхности масла, которое имеет комнатную температуру.
Пока плитка нагрета не очень сильно, этот теплоперенос осуществляется за счет теплопроводности масла. При более сильном нагреве теплопроводность уже не может обеспечить теплоперенос, и в жидкости возникают конвективные потоки. Жидкость движется кверху, затем книзу. При движении ее вверх тепло переносится от плитки к верхнему, более холодному слою масла, отдается воздуху, и, охладившись, более тяжелая жидкость опускается вниз.
Но если плитка нагрета еще сильнее, то этого неупорядоченного, хаотического теплопереноса за счет конвекции, за счет такой неупорядоченной, беспорядочной конвекции уже не достаточно. И, чтобы обеспечить этот теплоперенос, жидкость разбивается на отдельные участки, на отдельные цилиндры, которые называются ячейками Бенара. Возникает новая структура самой жидкости. В этих ячейках возникает упорядоченный конвективный теплоперенос.
Посмотрим опыт.
Мы наблюдаем сейчас с вами поверхность масла, и, глядя на эту поверхность, вы видите ячейки Бенара. Если вы сосредоточите свое внимание на какой-либо ячейке, то вы увидите, что масло поднимается в центральной части этой ячейки, затем движется к краям ячейки и опускается по краевой части цилиндра, по краевой части ячейки.
Попробуем перемешать масло в этом сосуде и вновь опустим сосуд на плитку. И вот если вы теперь будете наблюдать за поверхностью масла, то вы увидите, что опять возникает ячеистая структура. Вновь появляются ячейки Бенара, система, как говорят, самоорганизуется, возникает вот такая интересная ячеистая структура, и в пределах этих ячеек опять начинается упорядоченный конвективный теплоперенос. Вновь в центральной части каждой ячейки масло поднимается кверху, движется к краям ячеек и затем опускается вниз.
