Образование конвективных валов на фоне продольного сквозного потока в активной неоднородной пористой среде со слабой закупоркой

Аннотация

Изучается конвективная устойчивость плоскопараллельного продольного сквозного течения в системе, состоящей из двух пористых подслоёв с разными проницаемостями, с учётом эффекта слабой закупорки пор при наличии конечного перепада концентрации между верхней и нижней границами системы. В рамках подхода сплошной среды и нелинейной MIM-модели строится система дифференциальных уравнений конвекции. Проводится линейный анализ устойчивости основного продольного течения. Краевая задача решается численно, способом построения фундаментальной системы решений. Получены нейтральные кривые устойчивости основного течения относительно возмущений в виде валов с разной длинной волны. В отсутствие закупорки (засорения) пор строятся карты конвективной устойчивости в координатах критического концентрационного числа Релея-Дарси и отношения проницаемостей исходных незагрязнённых подслоёв, а также зависимости от отношения проницаемостей параметров частоты и волнового числа критических возмущений при нескольких значениях числа Пекле. Показано, что эти результаты обладают симметрией относительно решения при одинаковой исходной проницаемости подслоёв. Влияние засорения, связанного с адсорбцией и десорбцией примеси в пористой среде, исследуется в двухслойных системах со значениями отношений исходных проницаемостей подслоёв 0,1 и 10, когда локализация конвекции наблюдается в разных подслоях. Обнаружено, что засорение повышает устойчивость продольного потока жидкости к концентрационным неоднородностям примеси и нарушает симметрию решений в случае, если двухслойная система сводится к одному пористому слою с одинаковыми по всей толщине фильтрационными свойствами. Воздействие сорбционных эффектов на критические параметры колебательного конвективного течения исследуется по зависимостям критического концентрационного числа Релея-Дарси, частоты и волнового числа от коэффициента адсорбции при фиксированных значениях коэффициента десорбции. Для анализа структуры конвективного течения построены изолинии функции тока. Зафиксирована слабая связь характерных размеров локальных конвективных валиковых течений с параметрами засорения. Показано, что сорбционные процессы, которые могут приводить к засорению, существенно влияют на скорость движения вдоль двухслойной системы конвективных валов при незначительном изменении их размеров.