Т. 326, № 11

О влиянии термодиффузии на перераспределение примеси при остывании столба бинарной жидкости

Актуальность работы определяется необходимостью расширения фундаментальных экспериментальных и теоретических исследований в области макроскопических гидродинамических явлений в многокомпонентных жидких молекулярных смесях. Полученные результаты могут найти свое применение в ряде химических технологий, в том числе существенно изменить взгляды на процессы, связанные с глубокой переработкой, прогнозированием и безопасной утилизацией георесурсов. Цель работы. Изучить явление термодиффузионного разделения сложных по составу жидкостей в тонких каналах при самопроизвольном остывании; сопоставить действие различных механизмов переноса - кратковременной тепловой конвекции, диффузии и термодиффузии на процессы перераспределения компонентов в водно-солевых растворах, заключенных в узких полостях. Предпринятое исследование было выполнено для объяснения возникновения существенной вертикальной стратификации разных по плотности компонентов смеси, что для водно-солевых растворов дает заметное изменение солености среды по высоте канала. Методы исследования. Для достижения поставленных целей использовались экспериментальные и теоретические методы, напрямую имитирующие рассматриваемые процессы: проведено сравнение экспериментальных данных концентрационных проб, взятых в ходе охлаждения и замораживания образцов, с результатами прямого численного моделирования, проведенного методом конечных разностей. Определение температурных полей осуществлялось с помощью метода термопарных измерений. Численная процедура основывалась на полных уравнениях термоконцентрационной конвекции с корректным набором граничных условий. Результаты. Показано, что тепловая конвекция, диффузия и сильная положительная термодиффузия, характерная для водно-солевых растворов, могут привести к заметному продольному разделению жидких смесей в тонких вертикальных каналах при самопроизвольном остывании и последующем замерзании. В основе объяснения неожиданно сильного перераспределения компонентов лежит совместное синхронное действие двух специфических механизмов: термодиффузионного вытеснения примеси в пограничные слои к боковым стенкам столба жидкости и медленного крупномасштабного продольного конвективного течения. Подобные явления могут иметь место в искусственных гидрологических системах, реальных геологических процессах и технологических приложениях.

Ключевые слова:

электронный ресурс, жидкие смеси, бинарные смеси, нормальная термодиффузия, конвективный перенос, разделение, компоненты,

Авторы:

Глухов Александр Федорович

Демин Виталий Анатольевич

Третьяков Александр Владимирович

Скачать PDF