О механизме неустойчивости в двухслойной системе с ограниченной растворимостью компонент

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

Аннотация


Двухслойная система смешивающихся жидкостей является распространенной модельной ситуацией при исследованиях как фундаментальных, так и прикладных проблем в гидродинамике, связанных со стратифицированными средами. Неустойчивости Рэлея-Тейлора или двойной диффузии могут приводить к нарушению механического равновесия, если оба или хотя бы один из компонентов, растворенных в каждом из слоев, изначально неустойчиво стратифицированы. Ситуация, когда оба компонента имеют устойчивое начальное распределение плотности, считается абсолютно устойчивой и, обычно, не рассматривается исследователями. В настоящей статье экспериментально продемонстрирована возможность развития неустойчивости в таких системах и предложен физический механизм, основанный на зависимости растворимости одного из компонентов от концентрации второго. Показано, что эволюция профиля плотности, возможность развития неустойчивости и свойства возникающего конвективного движения определяются начальным положением системы на плоскости параметров диаграммы растворимости.


Ключевые слова


двухслойная система; частичная растворимость; гидродинамическая неустойчивость; диффузия

Полный текст:

PDF

Литература


Schöpf W., Stiller O. Three-dimensional patterns in a transient, stratified intrusion flow. Physical Review Letters. 1997, vol. 79, pp. 4373. DOI: 10.1103/PhysRevLett.79.4373

Norris S. E. Rayleigh-Bénard roll formation in a thermal intrusion. Proceedings of the 18th Australasian Fluid Mechanics Conference. 2012. pp. 206–209

Demin V. A., Kostarev K. G., Mizev A. I., Mosheva E. A., Popov E. A. On convective instability of the counter propagating fluxes of inter-soluble liquids. Nelineinaya Dinamika [Russian Journal of Nonlinear Dynamics]. 2014, vol. 10. no 2, pp. 195–208

Mizev A., Mosheva E., Kostarev K., Demin V., Popov E. Stability of solutal advective flow in a horizontal shallow layer. Physical Review Fluids. 2017, vol. 2 (10), 103903. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.2.103903

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

Radko T. A. Double-diffusive convection. Cambridge, UK: Cambridge university press. 2013, 344 p.

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

Maruyama S., Tsubaki K., Taira K., Sakai S. Artificial upwelling of deep seawater using the perpetual salt fountain for cultivation of ocean desert. Journal of Oceanography. 2004, vol. 60, pp. 563–568. DOI: 10.1023/B:JOCE.0000038349.56399.09

Neufeld J. A., Hesse M. A., Riaz A., Hallworth M. A., Tchelepi H. A., Huppert H. E. Convective dissolution of carbon dioxide in saline aquifers. Geophysical research letters. 2010, vol. 37, no. 22, pp. 1–5. DOI: 10.1029/2010GL044728

MacMinn C. W., Neufeld J. A., Hesse M. A., Huppert H. E. Spreading and convective dissolution of carbon dioxide in vertically confined, horizontal aquifers. Water Resources Research. 2012, vol. 48, no. 11, pp. 1–11. DOI: 10.1029/2012WR012286

Jafari Raad S. M., Emami‐Meybodi H., Hassanzadeh H. On the choice of analogue fluids in CO2 convective dissolution experiments. Water Resources Research. 2016, vol. 52, no. 6, pp. 4458–4468. DOI: 10.1002/2015WR018040

Backhaus S., Turitsyn K., Ecke R. E. Convective instability and mass transport of diffusion layers in a Hele-Shaw geometry. Physical Review Letters. 2011, vol. 106, no. 10, 104501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.104501

Birikh R. V., Denisova M. O., Kostarev K. G. Modeling of the Marangoni instability of uniform diffusion through an interface in weightlessness conditions. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2019, vol. 60, no. 7, pp. 1264–1277. DOI: 10.1134/S0021894419070034

Kostarev K. G., Torokhova S. V. Instability of the interface due to surfactant diffusion in the system of immiscible liquids. Microgravity Science and Technology. 2020, vol. 32, pp. 507–512. DOI: 10.1007/s12217-020-09787-y

Vener R. E., Thompson A. R. Solubility and density isotherms-sodium sulfate-ethyl alcohol-water. Industrial & Engineering Chemistry. 1950. vol. 42, no. 1, pp. 171–174. DOI: 10.1021/ie50481a044

Borisov I. M., Nabiev A. A. Constants of electrolytic dissociation of the lithium, sodium and potassium sulfates in aqueous isopropanol solutions. Russ. J. Chem. Chem. Tech. 2020, vol. 63, no. 3, pp. 16–22. DOI: 10.6060/ivkkt.20206303.6123




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-4-43-50

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).