Термоконцентрационная конвекция бинарных и трехкомпонентных смесей в квадратной полости при нагреве сверху

Авторы

  • Надежда Алексеевна Зубова (Nadezhda Zubova) Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Татьяна Петровна Любимова (Tatyana Lyubimova) Институт механики сплошных сред УрО РАН; Пермский государственный национальный исследовательский университет

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-2-74-82

Аннотация

В настоящей работе исследована термоконцентрационная конвекция бинарных и трехкомпонентных смесей с отрицательными отношениями разделения в квадратной полости при нагреве сверху в поле тяжести. Параметры бинарных смесей совпадают с параметрами бинарных смесей, составляющих трехкомпонентную смесь, что позволяет проследить влияние добавления еще одной примеси к бинарной смеси. Анализ зависимостей интегральных характеристик конвекции бинарных и трехкомпонентных смесей от времени показывает, что рост величины отношения разделения бинарной смеси или суммарного отношения разделения трехкомпонентной смеси приводит к ускорению развития неустойчивости. Величина скачка интенсивности течения, который сопровождает наступление неустойчивости, также увеличивается с ростом величины отношения разделения. Представлены зависимости времени наступления неустойчивости, максимального значения модуля функции тока, достигаемого при наступлении неустойчивости, и соответствующей этому моменту времени разности концентраций компонент в центрах горизонтальных границ от отношения разделения для бинарной смеси и от отношения разделения второй компоненты при фиксированном отношении разделения первой для трехкомпонентной смеси. Прослежена временная эволюция структуры возникающего течения и полей концентрации примесей. Показано, что добавление к бинарной смеси еще одной примеси приводит к ускорению возникновения неустойчивости, увеличению интенсивности течения и уменьшению разности концентраций между горизонтальными границами.

Библиографические ссылки

Firoozabadi A., Ghorayeb K. Modeling multicomponent diffusions and convection in porous media. SPE Journal, 2000, vol. 5, no. 2, pp. 158–171. DOI: 10.2118/62168-PA

Labrosse G. Free convection of binary liquid with variable Soret coefficient in thermogravitational column: the steady parallel base states. Physics of Fluids, 2003, vol. 15, no. 9, pp. 2694–2727. DOI: 10.1063/1.1597875

Mazzoni S., Cerbino R., Brogioli D., Vailati A., Giglio M. Transient oscillations in Soret-driven convection in a colloidal suspension. European Physical Journal E, 2004, vol. 15, no. 3. pp. 305–309. DOI: 10.1140/epje/i2004-10070-8

Ryskin A., Pleiner H. Thermal convection in colloidal suspensions with negative separation ratio. Physical Review E, 2005, vol. 71, 056303. DOI: 10.1103/PhysRevE.71.056303

Shevtsova V. M., Melnikov D. E., Legros J. C. Onset of convection in Soret-driven instability. Physical Review E, 2006, vol. 73, 047302. DOI: 10.1103/PhysRevE.73.047302

Charrier-Mojtabi M. C., Elhajjar B., Mojtabi A. Analytical and numerical stability analysis of Soret-driven convection in a horizontal porous layer. Physics of Fluids, 2007, vol. 19, 124104. DOI: 10.1063/1.2821460

Giavazzi F., Vailati A. Scaling of the spatial power spectrum of excitations at the onset of solutal convection in a nanofluid far from equilibrium. Physical Review E, 2009, vol. 80, 015303. DOI: 10.1103/PhysRevE.80.015303

Maryshev B. S. On the horizontal pressure filtration of the mixture through a porous medium with clogging. Bulletin of Perm University. Physics, 2016, no. 3 (34), pp. 12–21. DOI: 10.17072/1994-3598-2016-3-12-21

Gershuni G. Z., Zhukhovitskii E. M. Convective stability of incompressible fluids. Jerusalem: Keterpress, 1976, 330 p.

Vertgeim B. A. Ob usloviyah vozniknoveniya konvektsii v binarnoy smesi (Concentration conditions in a binary mixture). Prikladnaya Matematika i Mekhanika (Applied Mathematics and Mechanics), 1955, vol. 19, no. 6, pp. 745 (In Russian).

Lyubimova T., Zubova N. Onset and nonlinear regimes of convection of binary fluid with negative separation ratio in square cavity heated from above. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, vol. 106, pp. 1134–1143. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.10.091

Lyubimova T., Zubova N., Shevtsova V. Onset and nonlinear regimes of Soret-induced convection in binary mixtures heated from above. European Physical Journal E, 2017, V. 40, 27. DOI: 10.1140/epje/i2017-11517-5

Larre J. P., Platten J. K., Chavepeyer G. Soret effects in ternary systems heated from below. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1997, vol. 40, pp. 545–555. DOI: 10.1016/0017-9310(96)00125-1

Ryzhkov I. I., Shevtsova V. M. Long-wave instability of a multicomponent fluid layer with the Soкet effect. Physics of Fluids, 2009, vol. 21, 014102. DOI: 10.1063/1.3054154

Lyubimova T. P., Zubova N. A. Stability of ternary mixtures mechanical equilibrium in a square cavity with vertical temperature gradient. Computational continuum mechanics, 2014, vol. 7, no. 2, pp. 200–207 (In Russian). DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.21

Lyubimova T. P., Zubova N. A. Onset of convection in a ternary mixture in a square cavity heated from above at various gravity levels. Microgravity Science and Technology, 2014, vol. 26, no. 4, pp. 241–247. DOI: 10.1007/s12217-014-9383-z

Lyubimova T. P., Zubova N. A. Onset and nonlinear regimes of the ternary mixture convection in a square cavity. European Physical Journal E, 2015, vol. 38, 19. DOI: 10.1140/epje/i2015-15019-2

Mutoru J. W., Firoozabadi A. Form of multicomponent Fickian diffusion coefficients matrix. The Journal of Chemical Thermodynamics, 2011, vol. 43. pp. 1192–1203. DOI: 10.1016/j.jct.2011.03.003

Ryzhkov I. I., Shevtsova V. M. On thermal diffusion and convection in multicomponent mixtures with application to the thermogravitational column. Physics of Fluids, 2007, vol. 19, 027101. DOI: 10.1063/1.2435619

Tarunin E. L. Vyichislitelnyiy eksperiment v zadachah svobodnoy konvektsii (Computational experiment in free convection problems). Irkutsk: Irkutsk University, 1990, 228 p. (In Russian)

Thom A., Apelt C. J. Field computations in engineering and physics. London: Van Nostrand, 1961, 165 p.

Mialdun A., Shevtsova V. M. Development of optical digital interferometry technique for measurement of thermodiffusion coefficients. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, vol. 51, pp. 3164–3178. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.08.020

Загрузки

Опубликован

2017-10-23

Выпуск

Раздел

Статьи (Regular articles)