Влияние центробежного поля на процессы реакции-диффузии-конвекции в двухслойной системе несмешивающихся растворителей (Вестник Пермского университета. Физика, 2022)
Протекание химической реакции в жидкой среде может приводить к изменению некоторых физико-химических параметров системы и, как следствие, развитию ряда гидродинамических неустойчивостей. Изучение условий их возникновения в различных силовых полях является важной задачей, учитывая, что появление конвективного механизма тепло- и массопереноса способно увеличить скорость протекания реакции на несколько порядков. В настоящей статье представлены результаты экспериментального исследования влияния центробежного поля на условия возникновения, интенсивность и структуру конвективного движения, возникающего в ходе реакции нейтрализации, протекающей между реагентами, изначально расположенными в разных слоях двухслойной системы несмешивающихся растворителей. Верхний слой представлял собой раствор соляной кислоты в н-пентаноле, нижний – водный раствор гидроксида натрия. Использование неорганических реагентов исключает развитие капиллярных типов неустойчивости, выводя на первый план гравитационно-зависимые механизмы формирования конвективного движения. Изучение пространственно-временного распределения реагентов и продукта реакции и структуры возникающего течения проводилось интерферометрическими методами и путем добавления кислотно-щелочного индикатора. Исследования выполнялись параллельно в поле тяжести и в центробежном поле. Наблюдения показали, что влияние центробежного поля приводит к кардинальной смене структуры течения при незначительном увеличении скорости протекания реакции за счет конвективного движения по сравнению с экспериментами в поле тяжести. Показано, что конвективное движение в центробежном поле развивается даже в условиях, когда в постоянном поле тяжести система остается гидродинамически устойчивой. Высказано предположение, что причиной смены структуры течения является сила Кориолиса, проявлениями которой традиционно пренебрегается в теоретических исследова-ниях ввиду, как считается, ее малости по сравнению с центробежной силой.