О механизме неустойчивости в двухслойной системе с ограниченной растворимостью компонент
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-4-43-50Ключевые слова:
двухслойная система, частичная растворимость, гидродинамическая неустойчивость, диффузияАннотация
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.Библиографические ссылки
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
Загрузки
Дополнительные файлы
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.
