Крупномасштабный перенос молекулярных компонентов металлических расплавов в неоднородно нагретых тонких капиллярах - Демин (Vitaliy Demin) Виталий Анатольевич; Петухов (Maxim Petukhov) Максим Иванович (Вестник Пермского университета. Физика, 2017)
В работе представлены результаты численного моделирования концентрационной конвекции двухкомпонентного металлического расплава, заключенного в вертикальном неоднородном по температуре тонком капилляре. Предполагается, что на боковых стенках капилляра справедливо модельное условие полного несмачивания. Вследствие этого эффекта на вертикальных границах формируется свободная поверхность, на которой за счет внешнего продольного градиента температуры возникает термокапиллярная сила, заставляющая перемещаться жидкие элементы на большие расстояния, сравнимые с аксиальными размерами самого капилляра. Адсорбционно-десорбционные процессы на поверхности, термокапиллярная сила, движение в объеме и диффузия характеризуются существенно разными временами. Эти механизмы порождают крупномасштабный циркуляционный процесс в виде выноса примеси на поверхность в более нагретой верхней части капилляра, ее последующего быстрого переноса вниз вдоль границы посредством термокапиллярной силы и возвращения ее обратно в объем за счет десорбции в нижней части капилляра. Расчеты, выполненные методом конечных разностей, показывают, что подъемная скорость возвратного движения в объеме меньше чем на поверхности, поэтому на стадии насыщения примесь имеет свойство накапливаться у нижнего торца капилляра. Течение после установления, как на поверхности, так и в объеме является стационарным и главным образом определяется числом Марангони. Интенсивность движения и адсорбционно-десорбционные процессы на свободной поверхности оказывают решающее воздействие на формирование полей поверхностной и объемной концентрации, а также быстроту перераспределения компонентов в расплаве. Таким образом, продемонстрирован один из возможных механизмов продольного разделения жидких молекулярных смесей на компоненты в тонких каналах, что может объяснить результаты некоторых экспериментов по сегрегации расплавов легкоплавких металлов. Поступила в редакцию 17.10.2016; принята к опубликованию 03.12.2016