Неустойчивость двойной диффузии при сонаправленной диффузии растворенных компонент

Владислав Олегович Ощепков (Vladislav O. Oshchepkov), Елена Александровна Мошева (Elena A. Mosheva), Алексей Иванович Мизев (Alexey I. Mizev)

Аннотация


Диффузия может оказывать дестабилизирующее влияние на развитие конвективных течений в многокомпонентных жидких смесях с разной скоростью диффузии компонент. Возникающее при этом движение, называемое в общем случае неустойчивостью двойной (или дифференциальной) диффузии, является важным механизмом интенсификации массо- и теплопереноса во многих природных и технологических системах. В качестве компонент, влияющих на общее распределение плотности в жидкой среде, могут выступать тепло и растворенное вещество или два растворенных вещества. В последнем, изотермическом, случае стандартная постановка задачи включает в себя изучение устойчивости двухслойной системы при встречной диффузии компонент, растворенных в соседних слоях. В статье впервые экспериментально исследована возможность развития неустойчивости при сонаправленной диффузии компонент, имеющих разный знак концентрационной зависимости плотности и изначально растворенных в одном из слоев. Такая постановка задачи наиболее приближена к ряду океанологических приложений, где развитие неустойчивости обусловлено неравномерным распределением температуры и солености морской воды. В работе обнаружено развитие неустойчивости двойной диффузии и показано, что структура возникающего конвективного течения определяется отношениями приращений плотности, обусловленных растворением компонент, и коэффициентов диффузии. По результатам исследований предложен набор безразмерных параметров и построена карта режимов наблюдаемого конвективного течения, позволяющая систематизировать экспериментальные данные.


Ключевые слова


гравитационная конвекция; неустойчивость двойной диффузии; интерферометрия

Полный текст:

PDF

Литература


Stern M. E. The «salt-fountain» and thermohaline convection. Tellus, 1960, vol. 12, no. 2, pp. 172–175. DOI: 10.3402/tellusa.v12i2.9378

Turner J. S. Buoyancy effects in fluids. Cambridge, UK: Cambridge university press, 1979, 412 p.

Schmitt R. W. Observational and laboratory insights into salt finger convection. Progress in oceanography, 2003, vol. 56, no. 3–4, pp. 419–433. DOI: 10.1016/S0079-6611(03)00033-8

Kunze E. A review of oceanic salt-fingering theory. Progress in Oceanography, 2003, vol. 56, no. 3–4, pp. 399–417. DOI: 10.1016/S0079-6611(03)00027-2

Ingel L. Kh., Kalashnik M. V. Nontrivial features in the hydrodynamics of seawater and other stratified solutions. Physics. Uspekhi, 2012, vol. 55, pp. 356–381. DOI: 10.3367/UFNe.0182.201204b.0379

Stern M. E., Turner J. S. Salt fingers and convecting layers. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1969, vol. 16, no. 5, pp. 497–511. DOI: 10.1016/0011-7471(69)90038-2

Taylor J. R., Veronis G. Experiments on double-diffusive sugar-salt fingers at high stability ratio. Journal of Fluid Mechanics, 1996, vol. 321, pp. 315–333. DOI: 10.1017/S0022112096007744

Sorkin A., Sorkin V., Leizerson I. Salt fingers in double-diffusive systems. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2002, vol. 303, no. 1–2, pp. 13–26. DOI: 10.1016/S0378-4371(01)00396-X

Pringle S. E., Glass R. J., Cooper C. A. Double-diffusive finger convection in a Hele-Shaw cell: an experiment exploring the evolution of concentration fields, length scales and mass transfer. Transport in Porous Media, 2002, vol. 47, no. 2, pp. 195–214. DOI: 10.1023/A:1015535214283

Trevelyan P. M., Almarcha C., De Wit A. Buoyancy-driven instabilities of miscible two-layer stratifi-cations in porous media and Hele-Shaw cells. Journal of Fluid Mechanics. 2011, vol 670, pp 38–65. DOI: 10.1017/S0022112010005008

Huppert H. E., Manins P. C. Limiting conditions for salt-fingering at an interface. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1973, vol. 20, no. 4, pp. 315–323. DOI: 10.1016/0011-7471(73)90056-9




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2019-4-60-65

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).