Возникновение и нелинейные режимы конвекции трехкомпонентной смеси в прямоугольной области пористой среды с учетом эффекта Соре

Аннотация

Численно исследованы возникновение и нелинейные режимы термоконцентрационной конвекции смеси додекана, изобутилбензола и тетралина, взятых в равных долях, в вытянутой в горизонтальном направлении прямоугольной области пористой среды с твердыми непроницаемыми для вещества границами при нагреве снизу. Вертикальные границы полости теплоизолированы. Компоненты рассматриваемой смеси являются представителями основных групп химических соединений, входящих в состав нефти. Значения пористости и проницаемости среды выбирались близкими к значениям реальных сред, таких как пески, песчаники или известняки. Область подобной конфигурации моделирует месторождение углеводородов. Благодаря эффекту Соре (термодиффузии), легкие компоненты смеси додекан и изобутилбензол, имеющие положительные отношения разделения, накапливаются в горячей области, а тяжелая компонента смеси тетралин - в холодной. В случае нагрева снизу, что в естественных условиях обеспечивается наличием геотермального градиента, это может приводить к развитию конвекции. Найдено, что при некотором значении числа Релея в полости зарождается стационарное движение, которое при росте числа Релея сменяется колебательным. При дальнейшем увеличении числа Релея колебания становятся нерегулярными. В выбранном интервале чисел Релея обнаружено несколько монотонных и колебательных режимов, характеризующихся разными пространственными масштабами (от 1- до 10-вихревого). При реализации колебательных режимов мгновенные характеристики течения осциллируют сложным образом. Обнаружен стационарный режим течения, обладающий несимметричной структурой. Определены интервалы чисел Релея, в которых возможно образование найденных режимов, и временные зависимости интегральных характеристик в процессе формирования установившихся течений. Прослежено влияние надкритичности на структуру течения и на распределения концентраций компонент смеси.