Double diffusive instability during codirectional diffusion of dissolved components
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-4-60-65Keywords:
gravitational convection, double diffusive instability, interferometryAbstract
Diffusion can have a destabilizing effect on the development of convective flows in multicomponent liquid mixtures with different diffusion rates of components. The movement that arises in this case, which is generally called double (or differential) diffusive instability, is an important mechanism for intensifying mass and heat transfer in many natural and technological systems. As components that affect the overall density distribution in a liquid medium, heat and a dissolved substance or two dissolved substances can act. In the latter, isothermal case, the standard formulation of the problem includes the study of the stability of a two-layer system under counter diffusion of components dissolved in adjacent layers. The possibility of developing instability during co-directional diffusion of components having a different sign of the concentration dependence of density and initially dissolved in one of the layers was experimentally investigated for the first time. Such a statement of the problem is closest to a number of oceanological applications, where the development of instability is due to the uneven distribution of temperature and salinity of sea water. In present work, the development of double diffusive instability was found and it was shown that the structure of the resulting convective flow is determined by the ratios of the density increments due to the dissolution of the components and the diffusion coefficients. Based on the research results, a set of dimensionless parameters is proposed and a map of the regimes of the observed convective flows is constructed, which allows us to systematize the experimental data.References
Stern M. E. The «salt-fountain» and thermohaline convection. Tellus, 1960, vol. 12, no. 2, pp. 172–175. DOI: 10.3402/tellusa.v12i2.9378
Turner J. S. Buoyancy effects in fluids. Cambridge, UK: Cambridge university press, 1979, 412 p.
Schmitt R. W. Observational and laboratory insights into salt finger convection. Progress in oceanography, 2003, vol. 56, no. 3–4, pp. 419–433. DOI: 10.1016/S0079-6611(03)00033-8
Kunze E. A review of oceanic salt-fingering theory. Progress in Oceanography, 2003, vol. 56, no. 3–4, pp. 399–417. DOI: 10.1016/S0079-6611(03)00027-2
Ingel L. Kh., Kalashnik M. V. Nontrivial features in the hydrodynamics of seawater and other stratified solutions. Physics. Uspekhi, 2012, vol. 55, pp. 356–381. DOI: 10.3367/UFNe.0182.201204b.0379
Stern M. E., Turner J. S. Salt fingers and convecting layers. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1969, vol. 16, no. 5, pp. 497–511. DOI: 10.1016/0011-7471(69)90038-2
Taylor J. R., Veronis G. Experiments on double-diffusive sugar-salt fingers at high stability ratio. Journal of Fluid Mechanics, 1996, vol. 321, pp. 315–333. DOI: 10.1017/S0022112096007744
Sorkin A., Sorkin V., Leizerson I. Salt fingers in double-diffusive systems. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2002, vol. 303, no. 1–2, pp. 13–26. DOI: 10.1016/S0378-4371(01)00396-X
Pringle S. E., Glass R. J., Cooper C. A. Double-diffusive finger convection in a Hele-Shaw cell: an experiment exploring the evolution of concentration fields, length scales and mass transfer. Transport in Porous Media, 2002, vol. 47, no. 2, pp. 195–214. DOI: 10.1023/A:1015535214283
Trevelyan P. M., Almarcha C., De Wit A. Buoyancy-driven instabilities of miscible two-layer stratifi-cations in porous media and Hele-Shaw cells. Journal of Fluid Mechanics. 2011, vol 670, pp 38–65. DOI: 10.1017/S0022112010005008
Huppert H. E., Manins P. C. Limiting conditions for salt-fingering at an interface. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1973, vol. 20, no. 4, pp. 315–323. DOI: 10.1016/0011-7471(73)90056-9
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
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.
