Free convection above a horizontal circular disk in a saturated porous medium

The boundary-layer flow above a horizontal impermeable circular disk embedded in a saturated porous medium is considered in the cases both when the disk is held at a constant temperature above ambient and when heat is supplied to the convective fluid by the disk at a constant rate. Series solutions are obtained based on the flat plate solution, which holds at the edge of the disk, as the leading order terms. These series solutions can then be used to describe the flow nearly all the way across the disk. A simple approximate solution, based on an integrated form of the energy equation, is also obtained and is shown, for the constant wall temperature case, to be useful in indicating how the solution behaves near the centre of the disk. The solutions asr0, wherer measures distance from the centre is discussed in both cases, and it is shown that the solution develops a singularity with the boundary layer having a thickness of 0[(–logr)^1/2].

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Freie Konvektion über einer waagerechten Kreisscheibe in einem gesättigten porösen Medium

Zusammenfassung Es wird die Grenzschicht über einer waagerechten undurchlässigen Kreisscheibe, die in einem gesättigten porösen Medium eingebettet ist, untersucht. Zwei Möglichkeiten werden betrachtet: bei der einen ist die Oberflächentemperatur der Scheibe konstant, aber größer als die der Umgebung, bei der anderen ist die Scheibe gleichförmig beheizt. Es werden Lösungen in Form von Reihenentwicklungen erzielt, wobei die ersten Glieder den Lösungen einer ebenen Platte entsprechen, die an dem Rand der Scheibe gültig sind. Danach werden diese Lösungen zur Beschreibung der Bewegung der Flüssigkeit über einen großen Bereich der Scheibe benutzt. Eine einfache Lösung für den Fall der konstanten Wandtemperatur wird durch Integration der Energiegleichung erhalten und zur Beschreibung des Verhaltens der Lösung in der Nähe der Scheibenmitte verwendet. Man untersucht die Lösung fürr0 in beiden betrachteten Fällen, wobeir der Abstand von der Scheibenmitte ist. Bei einer Dicke von 0[(–logr)^1/2] der Grenzschicht weist die Lösung eine Singularität auf.

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Nomenclature a radius of disk - g acceleration due to gravity - K permeability of the porous medium - k thermal conductivity - q prescribed wall heat flux - Q (non-dimensional) heat transfer coefficient - r, coordinate measuring distance from the centre of the disk - R_a,R_a^* Rayleigh number - T temperature of the convective fluid - T₀ ambient temperature - T₁ prescribed wall temperature - u Darcy's law velocity in ther-direction - V_w (non-dimensional) wall velocity - w Darcy's law velocity in thez-direction - x coordinate measuring distance from the edge of the disk - z, coordinate measuring distance normal to the disk - equivalent thermal diffusivity - coefficient of thermal expansion - non-dimensional temperature - _w (non-dimensional) wall temperature - viscosity of the convective fluid - stream-function - stream function at the edge of the boundary layer