Подкритическая конвекция в коллоидах и жидких бинарных смесях с положительной термодиффузией

Аннотация

Анализируется конвекция молекулярных бинарных смесей и коллоидов с положительной термодиффузией, возникающая при подогреве снизу ниже порога устойчивости равновесия для однородной жидкости. Конвекция носит импульсный характер и реализуется в виде периодических всплесков. Положительная термодиффузия вытесняет тяжелую компоненту в верхние холодные слои жидкости. Там тяжелая компонента накапливается в пограничном слое, образуя растущую неустойчивую стратификацию плотности. Когда неоднородность превысит критическое для данной геометрии значение, возникает конвективный всплеск, и тяжелая компонента перемещается вниз в устойчивое положение. Найдены критическая толщина пограничного слоя, критическая разность концентрации на границах полости и время, при которых возникает неустойчивость. На основе анализа задачи о динамике профиля концентрации под влиянием гравитационной седиментации и термодиффузии, объяснены экспериментальные факты – периодические конвективные всплески бинарной смеси в каналах и в ячейке Хеле-Шоу ниже критического числа Рэлея. Описанный механизм, вероятно, объясняет конвекцию, наблюдавшуюся другими экспериментаторами в горизонтальном плоском слое магнитной жидкости ниже критического числа Рэлея при Ra < 1708.