Конвективная неустойчивость в многокомпонентных смесях с эффектом Соре

Авторы

  • Ольга Сергеевна Захарова Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Дмитрий Анатольевич Брацун Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Илья Игоревич Рыжков Институт вычислительного моделирования СО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.1.6

Ключевые слова:

тройная смесь, эффект Соре, конвективная неустойчивость, взаимодействие мод

Аннотация

В работе исследуются режимы гравитационно-зависимой конвективной неустойчивости, возникающей в тройной смеси, из которой состоит плоский горизонтальный слой. Слой подогревается снизу и находится под действием силы тяжести, направленной перпендикулярно к слою. Таким образом, система допускает в качестве основного состояния механическое равновесие раствора, которое, при определенных условиях, может потерять устойчивость. Математическая модель включает в себя двумерные уравнения Навье-Стокса, уравнения переноса компонентов смеси, записанные с учетом эффекта Соре, и уравнение теплопроводности. При этом симметричный эффекту Соре перенос тепла при наличии градиента концентрации в расчет не принимается, так как в тройных смесях на водной основе он обычно несущественен. Также не рассматриваются эффекты, связанные с концентрационно-зависимой диффузией и кросс-диффузией растворенных компонентов. Изучение конвективной устойчивости проводится как в линейном приближении, так и в условиях конечно-амплитудных режимов конвекции. Анализ основного состояния раствора после линеаризации управляющих уравнений вблизи состояния механического равновесия показал, что здесь существуют различные режимы конвекции. Для них построены нейтральные кривые и зависимости декрементов нарастания возмущений от числа Релея и волнового числа. Обнаружено, что при подогреве тройной смеси снизу существует область параметров, в которой одновременно наблюдаются длинноволновая и коротковолновая моды колебательной неустойчивости. Численно исследовано нелинейное взаимодействие этих мод. Установлено, что указанные неустойчивости развиваются в таких тройных смесях, компоненты которых перераспределяются под действием эффекта Соре в различных направлениях относительно градиента температуры. Представлена зависимость структур течений и характеристик тепло- и массообмена от числа Релея.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Загрузки

Опубликован

2023-12-03

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Захарова, О. С., Брацун, Д. А., & Рыжков, И. И. (2023). Конвективная неустойчивость в многокомпонентных смесях с эффектом Соре. Вычислительная механика сплошных сред, 15(1), 67-82. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.1.6