Об устойчивости конвективных течений при изотермическом диффузионном смешении трехкомпонентных газовых смесей
Автор: Косов Владимир Николаевич, Федоренко Ольга Владимировна, Жаврин Юрий Иванович, Нысанбаева Асель Талиповна, Асембаева Мансия Кабыловна
Статья в выпуске: 1, 2013 года.
Бесплатный доступ
В рамках линейной теории устойчивости проведен анализ экспериментальных данных по изучению неустойчивости механического равновесия при диффузионном смешении трехкомпонентных газовых смесей в изотермических условиях. Рассматривается канал в виде вертикального цилиндра конечной высоты при граничных условиях, предполагающих отсутствие переноса компонентов через стенки диффузионного канала. Результаты теории сравниваются с полученным в опытах положением границ устойчивости для системы 0,4722 He + 0,5278 Ar – N 2 при варьировании диаметра канала. Показано, что в условиях развитой конвекции существование максимумов интенсивности переноса компонентов в зависимости от термодинамических параметров связано с модой возмущений, определяющей различные виды конвективных течений. Структурные образования, движущиеся навстречу друг другу, число которых в поперечном сечении диффузионного канала определяется модой возмущения, взаимодействуют и тем самым определяют волнообразное изменение интенсивности неустойчивого процесса. Для рассматриваемой системы первый максимум интенсивности неустойчивого процесса в зависимости от диаметра, возникающий при d = 6 мм, характеризуется модой возмущений n = 3 и критическим числом Рэлея R 3 = 972,7. При этих условиях происходит стабилизация конвективного переноса, характеризующаяся определенным типом движения конвективных формирований, т.е. движением по шести каналам (три тока и три противотока). Также результаты показали, что увеличение моды возмущений и диаметра диффузионного канала приводит к нелинейному увеличению критического числа Рэлея для всех компонентов, участвующих в переносе. Приведенные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными для системы 0,4722 He + 0,5278 Ar – N 2.
Диффузия, конвекция, мода возмущений, число рэлея, линейная теория устойчивости
Короткий адрес: https://sciup.org/146211453
IDR: 146211453 | УДК: 533.15:536.25
Convective flows stability at the isothermal diffusion mixing of ternary gas mixtures
Analysis of the experimental data for the study of mechanical equilibrium instability by the diffusion mixing of ternary gas mixtures in isothermal conditions is carried out within the linear theory of stability. A channel is considered in the form a vertical cylindrical channel of a final height at the boundary conditions implying the absence of components’ transfer through the diffusion channel walls. Predictions of the theory are compared with the experimentally determined location of stability borders for the mixture 0.4722 He + 0.5278 Ar – N 2 by a variation for different diameter of the channel. The existence of the intensity maximum of components’ transfer in dependence on the thermodynamic parameters under conditions of the developed convection connects with the mode of disturbances determining the various types of convective flows. Structural formations moving opposite to each other which numbers are defined by the mode of disturbances in the cross-section of the diffusion channel interacts and thereby defines the wave-like change of unstable process intensity. For the examined system first maximum of the unstable process intensity subject to the diameter appearing at d = 6 mm is characterized by the mode of disturbances n = 3 and the critical Rayleigh number R 3 = 972.7. Stabilization of the convective transfer defining by the certain motion type of convective forming i.e. the motion along six channels (three flows and three counterflows) occurs under such conditions. Also, results reveal that increase of the mode of disturbances and the diameter of diffusion channel result in the non-linear increase of the critical Rayleigh number for all components taking part in the transfer. Further, the present results are in good agreement with the experimental data for the system 0.4722 He + 0.5278 Ar – N 2.
