Вибрационные механизмы транспорта примеси в конвективных системах

Виталий Анатольевич Демин (Vitaliy Demin), Юлия Наилевна Мухайлова (Yuliya Mukhailova)

Аннотация


В работе представлен вывод уравнений вибрационно-концентрационной конвекции для бинарной молекулярной смеси в случае зависимости коэффициента диффузии от концентрации компонентов. Уравнения получены в пределе высоких частот и малых амплитуд методом осреднения и, в определенном смысле, являются математическим аналогом известных уравнений термовибрационной конвекции С.М. Зеньковской и И.Б. Симоненко. Численно методом конечных разностей решена задача об эволюции распределения концентрации примеси в плоском бесконечном слое жидкости в случае начального равномерного одномерного источникового распределения тяжелого компонента на одной из границ. Оказалось, что высокочастотные вибрации полости способны вызвать осредненное конвективное движение в полости даже в отсутствие неоднородности температуры и поля тяжести. При этом индуцированное высокочастотными вибрациями течение имеет валиковый характер и занимает весь объем полости. Рассмотрен процесс вымывания примеси в объем при наличии вибраций, произвольно ориентированных относительно слоя. Показано, что в зависимости от направления оси вибраций процесс перераспределения примеси происходит с разной быстротой и, в первую очередь, обусловлен интенсивностью осредненного вибрационно-концентрационного течения в жидкости. Проведены модельные расчеты для разных значений зависимости безразмерного коэффициента диффузии от концентрации. Численное моделирование показало, что наиболее существенным процесс вымывания примеси в жидкость становится в случае продольных вибраций. Поперечные слою колебания подавляют осредненное течение, и перенос примеси приобретает чисто диффузионный характер. Зависимость массопереноса от коэффициента диффузии также наиболее ярко проявляется при касательных вибрациях.

Поступила в редакцию 27.07.2016; принята к опубликованию 18.08.2016


Полный текст:

PDF

Литература


Gershuni G. Z., Lyubimov D. V. Thermal vibrational convection. Wiley & Sons, 1998. 358 p.

Zen’kovskaya S. M., Simonenko I. B. Effect of high frequency vibration on convection initiation. Fluid Dynamics, 1966, no. 5. pp. 51–55.

Zavarykin M. P., Zorin S. V., Putin G. F. Experimental study of vibration convection. Doklady Akademii Nauk SSSR, 1985, vol. 281, no. 4, pp. 815–816 (In Russian).

Babushkin I. A., Demin V. A. Vibrational convection in the Hele–Shaw cell. Theory and experiment. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2006, vol. 47, no. 2, pp. 183–189.

Demin V. A., Gershuni G. Z., Verkholantsev I. V. Mechanical quasi-equilibrium and thermovibrational convective instability in an inclined fluid layer. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1996, vol. 39, no. 9, рр. 1979–1991.

Goldobin D. S., Krausin P. V. Effect of temperature wave on diffusive transport of weakly soluble substances in liquid-saturated porous media. European Physical Journal Plus, 2014, vol. 129, 221. DOI: 10.1140/epjp/i2014-14221-1.

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




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2016-2-27-34

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





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).