Экспериментальное исследование влияния поршневых колебаний на динамику двойной диффузии в ячейке Хеле–Шоу

Искусственный апвеллинг – перспективная технология подъема глубинных вод, бога-тых питательными веществами, для повышения продуктивности морских экосистем и вос-становления «океанических пустынь». Одним из механизмов, способных обеспечить такой подъем, является конвекция двойной диффузии, возникающая в стратифицированных средах. В данной работе исследуется возможность усиления конвекции двойной дифф-зии за счет вертикальных поршневых колебаний, что может повысить эффективность ис-кусственного апвеллинга. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния вертикальных поршневых колебаний на структуру и интенсивность конвекции двойной диффузии в двухслойной системе водных растворов NaCl и сахарозы в ячейке Хеле-Шоу. Поршневые колебания с частотой 2–4 Гц и амплитудой до 0,66 см реа-лизовывались с помощью гидравлического контура, вызывающего возвратно-поступательное движение двухслойной системы жидкостей вдоль стенок неподвижной ячейки. Методами пространственно-временного анализа исследована эволюция пальчико-вой структуры конвекции двойной диффузии. В отсутствие колебаний наблюдается клас-сическое развитие пальчиковых структур, распростряющихся вверх и вниз от начальной линии контакта слоев. При включении вибрационного воздействия структура становится более регулярной и приобретает выраженную вертикальную ориентацию. Обнаруженный эффект усиливается с увеличением амплитуды колебаний. Представлены результаты количественного анализа степени смешения исходных слоев с расчетом эффективного коэффициента диффузии Deff. Показано, что при амплитуде b = 0,66 см значение Deff уве-личивается в четыре раза по сравнению со случаем без колебаний, что объясняется ин-тенсификацией продольного переноса за счет вибрационно-индуцированной дисперсии, аналогичной дисперсии Тейлора. Полученные результаты подтверждают перспективность использования поршневых колебаний для интенсификации массообмена в стратифициро-ванных средах, включая системы искусственного апвеллинга.