Instabilità convettiva di Rayleigh-Bénard risolta nel tempo

Rayleigh-Bénard convection is a convective flow driven by a vertical temperature gradient when a fluid is heated from below. Convective instability appears when the Rayleigh number (Ra) associated with buoyancy-driven flow is above a critical threshold that depends on the geometry of the container, reffered as the convective cell. The work of this thesis is focused on the realization and characterization of a convective cell for studying convection in a newtonian fluid. The setup is designed in order to observe the convective regime from below with an optical transmission microscope. The stability and characteristics of the temperature gradient in the cell have been studied. The convective flows were measured and analyzed through differential dynamic microscopy (DDM) to ensure their stability and to characterize their dynamics.

La convezione di Rayleigh-Bénard è un flusso convettivo che si sviluppa in fluidi soggetti ad un gradiente termico verticale, quando vengono scaldati dal basso. L’instabilità convettiva si innesca quando il numero di Rayleigh (Ra) supera una soglia critica, che dipende dalla geometria del contenitore, detto cella convettiva. L’obiettivo della tesi è la realizzazione e caratterizzazione di una cella convettiva per lo studio della convezione di Rayleigh-Bénard in un fluido newtoniano. La cella è progettata in modo tale da osservare il fenomeno con un microscopio ottico, con il quale il campione viene osservato dal basso. L’apparato è stato caratterizzato termicamente per determinare la stabilità e le caratteristiche del gradiente termico. I moti convettivi sono stati misurati e successivamente studiati con tecniche di microscopia dinamica differenziale (DDM) per verificarne la stabilità e caratterizzarne la dinamica.