<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">FDMP</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">FDMP</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">FDMP</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Fluid Dynamics &#x0026; Materials Processing</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1555-2578</issn>
<issn pub-type="ppub">1555-256X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">54498</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/fdmp.2024.054498</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Method Based on Thermo-Vibrational Effects for Hydrogen Transportation and Storage</article-title><alt-title alt-title-type="left-running-head">A Method Based on Thermo-Vibrational Effects for Hydrogen Transportation and Storage</alt-title><alt-title alt-title-type="right-running-head">A Method Based on Thermo-Vibrational Effects for Hydrogen Transportation and Storage</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Lyubimova</surname><given-names>Tatyana P.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Plotnikov</surname><given-names>Sergey A.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Sharifulin</surname><given-names>Albert N.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Modorskii</surname><given-names>Vladimir Ya.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Neshev</surname><given-names>Sergey S.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-6" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Kalyulin</surname><given-names>Stanislav L.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><email>kslperm91@gmail.com</email>
</contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of Russian Academy of Sciences</institution>, <addr-line>Perm, 614013</addr-line>, <country>Russia</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Aerospace Faculty, Perm National Research Polytechnic University</institution>, <addr-line>Perm, 614990</addr-line>, <country>Russia</country></aff>
</contrib-group><author-notes><corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Stanislav L. Kalyulin. Email: <email>kslperm91@gmail.com</email></corresp></author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>23</day><month>12</month><year>2024</year>
</pub-date>
<volume>20</volume>
<issue>12</issue>
<fpage>2775</fpage>
<lpage>2788</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>30</day><month>5</month><year>2024</year></date>
<date date-type="accepted"><day>12</day><month>8</month><year>2024</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2024 The Authors.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Published by Tech Science Press.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_FDMP_54498.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>Transporting and storing hydrogen is a complex technological task. A typical problem relates to the need to minimize the strength of fluid motion and heat transfer near the walls of the container. In this work this problem is tackled numerically assuming an infinite cavity of pipe square cross-section, located in a constant external temperature gradient. In particular, a method based on the application of vibrations to suppress the gravitational convection mechanism is explored. A parametric investigation is conducted and the limits of applicability of the method for small Grashof numbers (10e4) are determined. It is shown that it is possible to minimize the intensity of the vibrogravitational flow for any values of the problem parameters if correction factors are specified. The results obtained can be applied in technological processes associated with the transportation, storage and use of hydrogen: pumping the working fluid through pipes, storage in tanks, as well as flow processes in the combustion chambers of power plants.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Thermal vibration convection</kwd>
<kwd>vibrations</kwd>
<kwd>vortex structures</kwd>
<kwd>square pipe cavity</kwd>
<kwd>hydrogen</kwd>
<kwd>transportation and storage</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>Russian Ministry of Education and Science</funding-source>
<award-id>FSNM-2023-0004</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The global trend is the transition to clean and renewable energy sources, one of which is hydrogen. On the one hand, its use in the energy sector leads to a reduction in harmful emissions, and on the other, its transportation and storage are associated with the risk of explosion and increased requirements for the tightness of containers and pipelines.</p>
<p>In the Russian Federation, hydrogen and hydrogen-containing mixtures are transported through pipelines for use in the gas and oil transportation industries, combustion chambers are being developed for hydrogen-containing fuels in aviation, and combustion processes of hydrogen jets are being studied in the energy sector.</p>
<p>In this regard, there is an urgent problem of ensuring safety when working with hydrogen. The article discusses mechanisms that allow minimizing the kinetic energy of hydrogen flow during its transportation and storage.</p>
<p>The features of vibration-convective flow in closed cavities are also studied by other scientists. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>], set of fixed mutual orientations of vibration and heating directions at which the state of mechanical quasiequilibrium [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>] is possible have been determined The theory of vibrational-convective stability was extended to binary mixtures in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>], the influence of the vibration direction at a fixed angle between the heating direction and gravity was considered. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>], the issues of controlling the structure of vibration convection modes are considered. Works [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] are devoted to the consideration of porosity, temperature inversion of density. Thermovibrational convection in a horizontal layer of fluid between isothermal solid boundaries heated to different temperatures in the presence of longitudinal vibrations is considered in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. It is shown that the model predicts the drastic excitation of stationary supercritical vibrational convection in the case of heating from the top. Cyclic variation of the gravitational Rayleigh number leads to hysteretic transitions between stationary solutions. The importance of viscoelastic properties of fluids is considered in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. The simulations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] of thermal vibrational convection in cubic cavities have shown that an increase in the system (spatial) dimensionality has a dramatic influence on the richness of the fundamental modes of convection that can be excited.</p>
<p>Under a simple condition previously obtained in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>], two mechanisms of thermal vibrational and thermal gravitational convection can completely suppress each other in a cylindrical cavity. To determine the structures that arise when this condition is met, a study was conducted [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] for the square shape of the cavity. Research [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] presented an analytical model of vibrogravitational gas flow, implemented by the Sturm-Liouville method for microgravity conditions that correspond to very small Grashof numbers (Gr &#x003C; 100). The problem is solved for a square cavity with a constant gas temperature gradient without the possibility of changing it&#x2013;the temperature distribution is specified linearly as a boundary condition. An analytical condition was also obtained for minimizing the intensity of the vibrogravitational flow, in which the vibrational convection mechanism compensates for the gravitational one:<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label>
<mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>This paper presents a mathematical model implemented by an explicit finite difference method (FDM), in which the distribution of gas temperatures is not specified as a boundary condition but is determined by direct numerical modeling. The problem was solved for low-speed, small Reynolds numbers (Re &#x003C; 100), convective flow of hydrogen under Earth conditions, which increased the Grashof number to 10<sup>4</sup>.</p>
<p>In addition, since the applied problem of ensuring safety during the transportation and storage of hydrogen is being solved, it is necessary to assess the limits of applicability of Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> for Grashof numbersequal to 10<sup>4</sup>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Problem Formulations, Assumption System</title>
<p>The assumption system is formulated as follows:</p>
<p>1. Pure hydrogen in the gaseous state is considered as the working fluid; the thermophysical properties are described through the Prandtl number (Pr &#x003D; 0.7);</p>
<p>2. Gravity is taken into account using the Grashof number (Gr);</p>
<p>3. The hydrogen is viscous and incompressible due to small Reynolds numbers (Re &#x003C; 100), the Boussinesq approximation is considered;</p>
<p>4. Gas-dynamic processes are considered in a two-dimensional non-stationary formulation;</p>
<p>5. It is assumed that vibrations act on the entire volume of hydrogen according to the harmonic law; the vibration intensity is given by the Grashof vibration number (Gr<sub>v</sub>);</p>
<p>6. The stability of the calculation scheme was ensured by fulfilling the Courant-Friedrichs-Levy condition;</p>
<p>7. Wall roughness is not taken into account due to low flow rates;</p>
<p>8. The walls are impenetrable, non-deformable;</p>
<p>9. The aeroelasticity of the structure is not taken into account due to low flow velocities;</p>
<p>10. Due to their small size, electromagnetic processes are not taken into account;</p>
<p>11. Radiative convection is not taken into account due to the low radioactivity of the hydrogen.</p>
<p>Unsteady regimes of vibration-convective flow of viscous incompressible pure hydrogen in the gaseous phase in an infinite cavity of square cross-section are investigated. For one pair of opposite faces a constant temperature difference is maintained, and the other pair is thermally insulated. The geometric formulation of the problem (<xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>) was used similarly to work [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>].</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>2D pipe cross section</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-1.tif"/>
</fig>
<p>The cavity is in &#x03B1; gravitational field with intensity <bold>g</bold> &#x003D; &#x2212;g<bold>n</bold>, where <bold>n</bold> is a unit vector directed upwards. The angle &#x03B1; of inclination is counted clockwise from the axis <italic>z</italic> to <bold>n</bold>. The range of angle &#x03B1; change is <inline-formula id="ieqn-1">
<mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, and at &#x03B1; &#x003D; 0 the upward direction coincides with the axis <italic>z</italic>.</p>
<p>The cavity performs harmonic oscillations with amplitude <italic>a</italic> and cyclic frequency &#x03C9; along a unit vector <bold>k</bold> located in the plane <italic>XOZ</italic>. Angle &#x03B2;, which specifies the direction of vibration, is counted counterclockwise from the axis <italic>x</italic> to <bold>k</bold>. The range of angle &#x03B2; change is <inline-formula id="ieqn-2">
<mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, and at &#x03B2; &#x003D; 0 the direction of vibrations coincides with the axis <italic>x</italic>.</p>
<p>The results of more than 170 numerical experiments using the developed mathematical model were obtained and analyzed.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Mathematical Model</title>
<p>The problem is solved in dimensionless variables, to go to which the following dimensionless quantities are used: the unit of length is the side of the cavity <inline-formula id="ieqn-3">
<mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math>
</inline-formula>, time&#x2013;<inline-formula id="ieqn-4">
<mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true">/</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mpadded width="0"><mml:mphantom><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mphantom></mml:mpadded></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, speed&#x2013;<inline-formula id="ieqn-5">
<mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true">/</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mpadded width="0"><mml:mphantom><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mphantom></mml:mpadded></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and temperature&#x2013;<inline-formula id="ieqn-6">
<mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The problem solution is found in a two-dimensional formulation using a two-field method and Navier-Stokes equation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>] in Helmholtz form [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]:<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label>
<mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C8;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C6;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula>where the index <italic>y</italic> means that only the vector component (scalar) along the axis<italic>y</italic> is used. The dimensionless Grashof number, the vibrational Grashof number and the Prandtl number are determined using dimensional parameters:<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label>
<mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:math>
</disp-formula>where the coefficient of the thermal expansion of the fluid <inline-formula id="ieqn-7">
<mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>273</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The variables of this system are temperature <inline-formula id="ieqn-8">
<mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>
</inline-formula> and dynamic flow parameters: stream function &#x2013;<inline-formula id="ieqn-9">
<mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C8;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and vorticity &#x2013;<inline-formula id="ieqn-10">
<mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C6;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label>
<mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C6;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C8;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>Analytically in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], the Navier-Stokes equation was obtained in the Boussinesq approximation in the Helmholtz form, where the vorticity function is represented through the vibrational and gravitational components of the convective gas flow:<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label>
<mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing=".5em" columnspacing="thickmathspace" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2500</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;&#x00A0;&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1250</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>In this work, a mathematical model has been developed in a two-field formulation (vorticity function <inline-formula id="ieqn-11">
<mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C6;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and stream function <inline-formula id="ieqn-12">
<mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x03C8;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>), implemented by the finite difference method using an explicit scheme for solving non-stationary equations of free thermal convection on a uniform structured rectangular mesh:<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label>
<mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing=".5em" columnspacing="thickmathspace" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-13">
<mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:math>
</inline-formula>&#x2013;dimensional mesh step; <inline-formula id="ieqn-14">
<mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>64</mml:mn></mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The Poisson equation was solved by the method of sequential upper relaxation using the Gauss-Seidel method for the stream function.</p>
<p>By approximating the derivatives in expressions (61), (62), which are given in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], by central differences, finitedifference equations for the stream function and vorticity at the internal nodes of the mesh model are obtained. Resolving them relative to the central node of the template, we obtained iterative expressions using the Gauss-Seidel method:<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label>
<mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing=".5em" columnspacing="thickmathspace" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mover></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>In a similar way, iterative formulas for solving the Poisson equation were obtained to find the stream function <inline-formula id="ieqn-15">
<mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at internal mesh nodes:<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label>
<mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-16">
<mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> derived from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>.</p>
<p>For vorticity at the boundaries, the Thom formulas are used:<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label>
<mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>Based on the obtained values of the stream function field, a new temperature field is calculated at the next iterative step:<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label>
<mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing=".5em" columnspacing="thickmathspace" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>The procedure for obtaining a numerical solution is described below:</p>
<p><bold>Step 1. </bold>At the zero iteration (<inline-formula id="ieqn-17">
<mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
</inline-formula>), the initial state was set:<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label>
<mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math>
</disp-formula>or determined from the previous calculation.</p>
<p><bold>Step 2. </bold>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Formula (7)</xref>, we determine the vorticity values <inline-formula id="ieqn-18">
<mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at the next iteration (<inline-formula id="ieqn-19">
<mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
</inline-formula>) at the internal mesh nodes.</p>
<p><bold>Step 3. </bold>Based on the calculated values <inline-formula id="ieqn-20">
<mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at the internal mesh nodes, we obtain, using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Formula (8)</xref>, the values of the stream function <inline-formula id="ieqn-21">
<mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at the internal mesh nodes.</p>
<p><bold>Step 4. </bold>Based on the calculated values <inline-formula id="ieqn-22">
<mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at the internal mesh nodes, we obtain, using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Formula (10)</xref>, the values of the temperature field <inline-formula id="ieqn-23">
<mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> at the internal mesh nodes.</p>
<p><bold>Step 5. </bold>Using new values of the stream function at the boundary mesh nodes, using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> we determine the boundary values of vorticity at the next iteration.</p>
<p><bold>Steps 2&#x2013;5</bold> are repeated until stable values of <inline-formula id="ieqn-24">
<mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-25">
<mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and <italic>T</italic> are obtained. The values of the specified grid functions, together with physical and numerical parameters for a given value of the Grashof vibration number <inline-formula id="ieqn-26">
<mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and inclination angle <inline-formula id="ieqn-27">
<mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, are stored in external memory.</p>
<p><inline-graphic xlink:href="FDMP_54498-inline-1.tif"/></p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Numerical Simulation Results</title>
<p>When Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> is met, the flow in an infinite cavity of square pipe cross-section has a minimum intensity of kinetic energy (<xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>). With a slight deviation of any of the parameters, the kinetic energy of the averaged flow increases. It should be taken into account that there is some small deviation from the real minimum, which is determined in the process of a numerical experiment.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on the vibrational Grashof number (<inline-formula id="ieqn-28">
<mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-29">
<mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-30">
<mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-2.tif"/>
</fig>
<p>The motion intensity was estimated according to the kinetic energy formula for convective flow:<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label>
<mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mstyle></mml:math>
</disp-formula></p>
<p>A simplex lattice plan was compiled, on the basis of which a number of numerical experiments were carried out for a wide range of cavity inclinations and vibration directions, as well as Grashof numbers, in order to determine the limits of applicability of the solution and analyze the influence of each parameter of convection mechanisms on the flow intensity.</p>
<p>The calculation results are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-8">8</xref>.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-31">
<mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-32">
<mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-33">
<mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-3.tif"/>
</fig>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-34">
<mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-35">
<mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-36">
<mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-4a.tif"/>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-4b.tif"/>
</fig>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-37">
<mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-38">
<mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-39">
<mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-5.tif"/>
</fig><fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-40">
<mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-41">
<mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-42">
<mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-6.tif"/>
</fig>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-43">
<mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-44">
<mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-45">
<mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>35</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-7a.tif"/>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-7b.tif"/>
</fig>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on <inline-formula id="ieqn-46">
<mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-47">
<mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-48">
<mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>179</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-8.tif"/>
</fig>
<p>Analysis of the obtained results showed that for any values of <inline-formula id="ieqn-49">
<mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (Grashof numbers) and <inline-formula id="ieqn-50">
<mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (inclination angles of the acceleration action vector relative to the temperature influence vector), there are two characteristic ranges of <inline-formula id="ieqn-51">
<mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> values (inclination angles of the vibration action vector relative to the temperature influence vector). In the first range, for values of angles <inline-formula id="ieqn-52">
<mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> from <inline-formula id="ieqn-53">

</inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-54">
<mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, the kinetic energy is close to <inline-formula id="ieqn-55">

</inline-formula>, that is, the effect of acceleration on the intensity of the convective flow is almost completely compensated by the effect of vibration. In the second range for values of angles <inline-formula id="ieqn-56">
<mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> from <inline-formula id="ieqn-57">
<mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-58">
<mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true">/</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mpadded width="0"><mml:mphantom><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mphantom></mml:mpadded></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, kinetic energy is significant.</p>
<p>In the case when the vibration vector is directed along the normal to the heated surface, i.e., is co-directional to the heat flux at &#x03B2; &#x003D; 90&#x02DA;, it was not possible to find a stationary solution for some cavity angles <italic>&#x03B1;</italic>. This is due to the nonstationary behavior of the gas flow, as well as to the fact that the solution is periodic in time.</p>
<p>In this case, the value of the angle <inline-formula id="ieqn-59">
<mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> depends almost linearly on the angle <inline-formula id="ieqn-60">
<mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> and depends little on the Grashof number (<xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>).</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Dependence of <inline-formula id="ieqn-61">
<mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (the inclination angle of the vibration impact vector relative to the temperature impact vector, at which the vibration effect ceases to compensate for the effect of acceleration on the intensity of the convective flow) by <inline-formula id="ieqn-62">
<mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (the inclination angle of the acceleration impact vector relative to the temperature impact vector)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-9.tif"/>
</fig>
<p>A sharp transition to a developed flow at increased flow intensity occurs at the same time when, in an infinite cavity of square cross-section, a significant maximum deviation from the linear temperature distribution is not realized, and the isotherms have a complex curved structure.</p>
<p>When hydrogen in a cavity is exposed only to gravity and temperature, the flow intensity, determined by kinetic energy, has a nonlinear dependence on the angle of inclination of the cavity (<xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref>). In this case, there is an increased intensity of the flow, comparable for cases when two mechanisms of vibrogravitational convection cannot compensate each other.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on the angle of inclination of the vector of the influence of gravity relative to the vector of the influence of temperature, which shows how much the intensity of kinetic energy can be compensated (<inline-formula id="ieqn-63">
<mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-10.tif"/>
</fig>
<p>It should also be noted that for cases where the flow in the cavity is realized at the limiting values of the angle of influence of vibration <inline-formula id="ieqn-64">
<mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, and the condition for minimizing kinetic energy stops working; in this case, there also remains some point, different from Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>, at which the minimum kinetic energy will be realized (<xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref>).</p>
<fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>Dependence of kinetic energy on the vibration Grashof number for the limiting values of the vibration impact angle <inline-formula id="ieqn-65">
<mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-66">
<mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9500</mml:mn></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-67">
<mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-68">
<mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
</inline-formula>)</title></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="FDMP_54498-fig-11.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>1. From the obtained results, it can be concluded that Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> works as long as the temperature field does not change significantly with respect to its initial linear distribution and indicates the parameter values at which the intensity of the averaged flow is practically equal to zero;</p>
<p>2. In the case where the intensity of convective flow significantly changes the initial temperature distribution, calculations have shown that a combination of parameters is possible at which the intensity of the flow as in the case of a linear temperature distribution, can be practically above zero. The role of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Formula (1)</xref> is now reduced to the fact that it can be used to find the region near which one should search for the point where both convection mechanisms almost completely compensate each other, as can be seen in <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref>. In the following, we would like to define a correction to Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>, which allows us to determine the minimum of kinetic energy in the general case;</p>
<p>3. The effect of mutual suppression of the mentioned mechanisms of thermal convection obtained in calculations should be used in solving one of the main problems&#x2013;hydrogen leakage through the walls of pipes and cavities.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>None.</p>
</ack>
<sec>
<title>Funding Statement</title>
<p>The research was carried out with financial support from the Russian Ministry of Education and Science, project FSNM-2023-0004 &#x201C;Hydrogen energy. Materials and technology for storage, transportation and use of hydrogen and hydrogen-containing mixtures&#x201D;.</p>
</sec>
<sec>
<title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm contribution to the paper as follows: study conception and design: Tatiana P. Lyubimova, Vladimir Ya. Modorskii, Albert N. Sharifulin; data collection: Sergey A. Plotnikov, Sergey S. Neshev; analysis and interpretation of results: Stanislav L. Kalyulin, Sergey A. Plotnikov, Albert N. Sharifulin; draft manuscript preparation: Stanislav L. Kalyulin, Sergey S. Neshev. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability">
<title>Availability of Data and Materials</title>
<p>Data on which this paper is based is available from the authors upon reasonable request.</p>
</sec>
<sec>
<title>Ethics Approval</title>
<p>Not applicable.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement">
<title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Demin</surname> <given-names>VA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gershuni</surname> <given-names>GZ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Verkholantsev</surname> <given-names>IV</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Mechanical quasi-equilibrium and thermovibrational convective instability in an inclined fluid layer</article-title>. <source>Int J Heat Mass Transf</source>. <year>1996</year>;<volume>39</volume>(<issue>9</issue>):<fpage>1979</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0017-9310(95)00239-1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gershuni</surname> <given-names>GZ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyubimov</surname> <given-names>DV</given-names></string-name></person-group>. <source>Thermal vibrational convection</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Willey</publisher-name>; <year>1998</year>. p. <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>372</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>AN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Vibrational convection in cylindrical cavity under arbitrary direction of heating</article-title>. <source>Convective Flows Perm</source>. <year>1981</year>;<fpage>22</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gershuni</surname> <given-names>GZ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kolesnikov</surname> <given-names>AK</given-names></string-name>, <string-name><surname>Legros</surname> <given-names>JC</given-names></string-name>, <string-name><surname>Myznikova</surname> <given-names>BI</given-names></string-name></person-group>. <article-title>On the vibrational convective instability of a horizontal, binary-mixture layer with the Soret effect</article-title>. <source>J Fluid Mech</source>. <year>1997</year>;<volume>330</volume>:<fpage>251</fpage>&#x2013;<lpage>69</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S002211209600376X</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gershuni</surname> <given-names>GZ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kolesnikov</surname> <given-names>AK</given-names></string-name>, <string-name><surname>Legros</surname> <given-names>JC</given-names></string-name>, <string-name><surname>Myznikova</surname> <given-names>BI</given-names></string-name></person-group>. <article-title>On the convective instability of a horizontal binary mixture layer with Soret effect under transversal high frequency vibration</article-title>. <source>Int J Heat Mass Transf</source>. <year>1999</year>;<volume>42</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>547</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0017-9310(98)00154-9</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Smorodin</surname> <given-names>BL</given-names></string-name>, <string-name><surname>Myznikova</surname> <given-names>BI</given-names></string-name>, <string-name><surname>Legros</surname> <given-names>JC</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Evolution of convective patterns in a binary-mixture layer subjected to a periodical change of the gravity field</article-title>. <source>Phys Fluids</source>. <year>2008</year>;<volume>20</volume>(<issue>9</issue>):<fpage>496</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2978065</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Elhajjar</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mojtabi</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Charrier-Mojtabi</surname> <given-names>MC</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Influence of vertical vibrations on the separation of a binary mixture in a horizontal porous layer heated from below</article-title>. <source>Int J Heat Mass Transf</source>. <year>2009</year>;<volume>52</volume>(<issue>1&#x2013;2</issue>):<fpage>165</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bouarab</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mokhtari</surname> <given-names>F</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kaddeche</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Henry</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Botton</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Medelfef</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Theoretical and numerical study on high frequency vibrational convection: influence of the vibration direction on the flow structure</article-title>. <source>Phys Fluids</source>. <year>2019</year>;<volume>31</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>043605</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mokhtari</surname> <given-names>F</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kaddeche</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Henry</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bouarab</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Medelfef</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Botton</surname> <given-names>V</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Three-dimensional effect of high frequency vibration on convection in silicon melt</article-title>. <source>Phys Rev Fluids</source>. <year>2020</year>;<volume>5</volume>(<issue>12</issue>):<fpage>123501</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Shevtsova</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ryzhkov</surname> <given-names>II</given-names></string-name>, <string-name><surname>Melnikov</surname> <given-names>DE</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gaponenko</surname> <given-names>YA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mialdun</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental and theoretical study of vibration-induced thermal convection in low gravity</article-title>. <source>J Fluid Mech</source>. <year>2010</year>;<volume>648</volume>:<fpage>53</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gaponenko</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shevtsova</surname> <given-names>V</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Mixing under vibrations in reduced gravity</article-title>. <source>Microgravity Sci Technol</source>. <year>2008</year>;<volume>20</volume>:<fpage>307</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kolchanova</surname> <given-names>EA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kolchanov</surname> <given-names>NV</given-names></string-name></person-group>. <article-title>The interaction of thermal vibrational and thermal gravitational mechanisms of convection onset in a fluid-porous layer</article-title>. <source>Microgravity Sci Technol</source>. <year>2021</year>;<volume>33</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12217-021-09895-3</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lyubimov</surname> <given-names>DV</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>VA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyubimova</surname> <given-names>TP</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>AN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Thermal vibrational convection of water near its density inversion point in a cylindrical cavity with constant heat flux at the boundaries in low gravity conditions</article-title>. <source>Microgravity Sci Technol</source>. <year>2019</year>;<volume>31</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>269</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12217-019-9686-1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>VA</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Thermovibrational low-mode model of convection in a horizontal layer with longitudinal vibrations</article-title>. <source>J Sib Fed Univ Math Phys</source>. <year>2017</year>;<volume>10</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>158</fpage>&#x2013;<lpage>69</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.17516/1997-1397-2017-10-2-158-169</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Boaro</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>MacDowall</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lappa</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Symmetry properties and bifurcations of viscoelastic thermovibrational convection in a square cavity</article-title>. <source>Phys Rev E</source>. <year>2023</year>;<volume>108</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>065101</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.108.065101</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">38243447</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Boaro</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lappa</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Competition of overstability and stabilizing effects in viscoelastic thermovibrational flow</article-title>. <source>Phys Rev E</source>. <year>2021</year>;<volume>104</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>25102</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.104.025102</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">34525676</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Boaro</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lappa</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Multicellular states of viscoelastic thermovibrational convection in a square cavity</article-title>. <source>Phys Fluids</source>. <year>2021</year>;<volume>33</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>33105</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0041226</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Crewdson</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lappa</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Spatial and temporal evolution of three-dimensional thermovibrational convection in a cubic cavity with various thermal boundary conditions</article-title>. <source>Phys Fluids</source>. <year>2021</year>;<volume>34</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>014108</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>AN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Controllable equilibrium of an inhomogeneously heated liquid in a vibrational field</article-title>. <source>J Exp Theor Phy</source>. <year>2010</year>;<volume>110</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>157</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1134/S1063776110010188</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharifulin</surname> <given-names>AN</given-names></string-name>, <string-name><surname>Plotnikov</surname> <given-names>SA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyubimova</surname> <given-names>TP</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Influence of the directions of vibrations and gravity on the formation of vortex structures of a nonuniformly heated fluid in a square cavity</article-title>. <source>Microgravity Sci Technol</source>. <year>2022</year>;<volume>34</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>97</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12217-022-10016-x</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>




