Крупномасштабный перенос молекулярных компонентов металлических расплавов в неоднородно нагретых тонких капиллярах
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2016-3-65-71Аннотация
В работе представлены результаты численного моделирования концентрационной конвекции двухкомпонентного металлического расплава, заключенного в вертикальном неоднородном по температуре тонком капилляре. Предполагается, что на боковых стенках капилляра справедливо модельное условие полного несмачивания. Вследствие этого эффекта на вертикальных границах формируется свободная поверхность, на которой за счет внешнего продольного градиента температуры возникает термокапиллярная сила, заставляющая перемещаться жидкие элементы на большие расстояния, сравнимые с аксиальными размерами самого капилляра. Адсорбционно-десорбционные процессы на поверхности, термокапиллярная сила, движение в объеме и диффузия характеризуются существенно разными временами. Эти механизмы порождают крупномасштабный циркуляционный процесс в виде выноса примеси на поверхность в более нагретой верхней части капилляра, ее последующего быстрого переноса вниз вдоль границы посредством термокапиллярной силы и возвращения ее обратно в объем за счет десорбции в нижней части капилляра. Расчеты, выполненные методом конечных разностей, показывают, что подъемная скорость возвратного движения в объеме меньше чем на поверхности, поэтому на стадии насыщения примесь имеет свойство накапливаться у нижнего торца капилляра. Течение после установления, как на поверхности, так и в объеме является стационарным и главным образом определяется числом Марангони. Интенсивность движения и адсорбционно-десорбционные процессы на свободной поверхности оказывают решающее воздействие на формирование полей поверхностной и объемной концентрации, а также быстроту перераспределения компонентов в расплаве. Таким образом, продемонстрирован один из возможных механизмов продольного разделения жидких молекулярных смесей на компоненты в тонких каналах, что может объяснить результаты некоторых экспериментов по сегрегации расплавов легкоплавких металлов.Поступила в редакцию 17.10.2016; принята к опубликованию 03.12.2016Библиографические ссылки
Glukhov A. F., Demin V. A., Tret’aykov A. V. On thermodiffusion influence on the dopant distribution during the freezing of binary liquid column. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2015, vol. 326. no. 11, pp. 118–127.
Demin V. A., Gluhov A. F., Putin G. F. Separation of mixtures in connected channels. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2009, vol. 50, no. 1, pp. 58–65.
Demin V. A. Convective separators. Prikladnaia fizika (Applied Physics), no. 4, 2013, pp. 60-67 (In Russian).
Demin V. A. Sedimentation of nanoparticles in a homogeneous carrying fluid in the presence of thermodiffusion. Bulletin of Perm University. Physics, 2013, no. 1 (23), pp. 20–24.
Gavrilin I. V., Frolova T. B., Zaharov V. P. O likvatsii v zhidkih evtecticheskih splavah. Russian Metallurgy (Metally), 1984, no. 3. pp. 191–193 (In Russian).
Gavrilin I. V. Sedimentatsionniy eksperiment pri izuchenii zhidkih splavov. Russian Metallurgy (Metally), 1985, no. 2, pp. 66–73 (In Russian).
Gershuni G. Z., Zhukhovitskii E. M. Convective stability of incompressible fluids. Jerusalem: Keter Publishing House, 1976, 330 p.
Bratuhin U. K., Makarov S. O. Gidrodinamicheskaya ustoichivost’ mezhfaznyh poverhnostey (Hydrodynamic stabilify of interfaces). Perm: Perm University Press, 2005. 240 p. (In Russian).
Slavtchev S., Hennenberg M., Legros J.-C., Lebon G. Stationary solutal Marangoni instability in a two-layer system. Journal of Colloid and Interface Science, 1998, vol. 203, no. 2, p. 354–368.
Birikh R. V. Stability of homogeneous non-stationary surfactant diffusion through a flat interface between liquids Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2016, no. 1 (32), pp. 64–70.
Tarunin E. L. Vychislitel'nyi eksperiment v zadachakh svobodnoi konvektsii (Numerical experiment in free convection problems). Irkutsk, Russia: Irkutsk University, 1990, 228 p. (In Russian).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
