Устойчивость однородной нестационарной диффузии ПАВ через плоскую границу раздела жидкостей

Авторы

  • Рудольф Вольдемарович Бирих (Rudolf V. Birikh) Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2016-1-64-70

Аннотация

В двумерной постановке рассматривается нестационарный перенос через границу раздела двух жидкостей поверхностно активного вещества, растворимого в обеих жидкостях. Предполагается, что на границе двух жидкостей формируется поверхностная фаза и перенос вещества осуществляется за счет адсорбционного и десорбционного процессов. В начальный момент все поверхностно активное вещество распределено в «капле», расположенной в одном из концов прямоугольного канала. Методом конечных разностей исследуется нестационарный процесс диффузии в условиях невесомости. Общее уравнение баланса вещества на границе поверхностной фазы и объемных фаз упрощается в приближении диффузионной кинетики. В «капле» вблизи поверхностной фазы на трех узлах сетки по нормали к границе предполагается линейное изменение концентрации ПАВ, а в канале предполагается равновесие между процессами адсорбции и десорбции, и граничное значение объемной концентрации определяется по значению поверхностной концентрации. Обнаружено, что при до-статочно больших значениях числа Марангони в некоторый момент времени однородная диффузия теряет устойчивость и возникает конвекция. Для нескольких значений числа Марангони приведена зависимость максимального значения функции тока от времени. Наблюдалось несколько максимумов интенсивности конвекции. С течением времени менялась структура конвективного движения. Исследована зависимость конвективного движения от отношения коэффициентов адсорбции для жидкостей в «капле» и канале. Если коэффициент адсорбции в «капле» больше этого коэффициента для жидкости в канале, то движение возникает в виде четырех вихревой структуры в каждой области, которое с течением времени перестраивается в одновихревое течение. Если имеет место обратное отношение этих коэффициентов, то четырехвихревое течение перестраивается в двухвихревое в каждой области. Проведен расчет процесса диффузии в системе, в которой перенос вещества через границу раздела жидкостей происходит диффузионным путем без формирования поверхностной фазы. Конвекция Марангони возникает при меньших временах и с заметно большей интенсивностью. Возникающее мелко масштабное четырехвихревое движение через стадию двухвихревого достаточно быстро переходит в крупномасштабное одновихревое движение.Поступила в редакцию 18.04.2016; принята к опубликованию 29.04.2016

Библиографические ссылки

Sternling C. V., Scriven L. E. Interfacial turbulence: hydrodynamic instability and Marangoni effect. AIChE Journal, 1959, vol. 5, no. 4, pp. 514–523.

Hennenberg M., Bisch P. M., Vignes-Adler M., Sanfeld A. Mass transfer, Marangoni effect, and instability of interfacial longitudinal waves. I. Diffusional exchanges. Journal of Colloid and Interface Science, 1979, vol. 69, pp. 128–137.

Hennenberg M., Bisch P. M.,Vignes-Adler M., Sanfeld A. Mass transfer, Marangoni effect, and instability of interfacial longitudinal waves. II. Diffusional exchanges and adsorption-desorption processes. Journal of Colloid and Interface Science. 1980, vol. 74, pp. 495–508.

Slavtchev S., Hennenberg M., Legros J.-C., Lebon G. Stationary solutal Marangoni instability in a two-layer system. Journal of Colloid and Interface Science, 1998, vol. 203, pp. 354–368.

Rednikov A. Y., Ryazantsev Y. S., Velarde M. G. Drop motion with surfactant in a homogeneous surrounding. Physics of Fluids, 1994, vol. 6, pp. 451–468.

Birikh R. V., Briskman V. A., Velarde M. G., Legros J.-C. Liquid Interfacial Systems:Oscillations and Instability. Surfactant science series, vol. 113. New York: Basel, 2003. 367 p.

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

Загрузки

Опубликован

2017-03-04

Как цитировать

Бирих (Rudolf V. Birikh) Р. В. (2017). Устойчивость однородной нестационарной диффузии ПАВ через плоскую границу раздела жидкостей. Вестник Пермского университета. Физика, (1(32). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2016-1-64-70

Выпуск

№ 1(32) (2016)

Раздел

Статьи

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.