Диффузионная устойчивость и концентрационная конвекция в изотермических трехкомпонентных газовых смесях

• Автор: Косов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Алматы
• Количество страниц: 333 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. УСТОЙЧИВАЯ И НЕУСТОЙЧИВАЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ
ДИФФУЗИЯ В ГАЗАХ
1.1. Бинарная смесь газов
1.1.1. Квазистационарный перенос в замкнутых устройствах
1.1.2. Взаимная диффузия в системе двух колб
1.1.3. Стационарный проточный метод. Диффузионный перенос, соответствующий замкнутому прибору
1.1.4. Сравнение экспериментальных и вычисленных в рамках кинетических представлений коэффициентов диффузии
1.1.5. Концентрационная конвекция в бинарной смеси при взаимной диффузии. Теория неустойчивости
1.1.6. Задача Рэлея - Бенара для изотермической бинарной
газовой смеси
1.1.7. «Двойная диффузия» в рамках теории устойчивости
1.2. Диффузионный массоперенос в тройных газовых смесях
1.2.1. Устойчивая квазистационарная диффузия в трехкомпонентных смесях
1.2.2. Приближенное описание диффузии через парциальные коэффициенты
1.2.3. Диффузионный бароэффект и некоторые другие особенности многокомпонентной диффузии
1.2.4. Аномальная неустойчивая диффузия в изотермических
трехкомпонентных газовых смесях
1.3. Основные цели исследования
1.4. Выводы
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И МЕТОДИКА РАБОТЫ
2.1. Двухколбовый метод
2.1.1. Схема экспериментальной установки
2.1.2. Визуализация конвективного переноса
2.1.3. Измеряемые параметры
2.2. Стационарный проточный метод
2.2.1. Общая схема установки
2.2.2. Методика работы на установке стационарного проточного метода
2.2.3. Измеряемые параметры
2.3. Метод Лошмидта
2.4. Измерение концентрации бинарных газовых смесей с
помощью интерферометра
2.5. Анализ погрешности измеряемых величин
2.6. Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ
3.1. Выбор газовых смесей как объекта исследования конвективной неустойчивой диффузии
3.2. Способы определения положения границы неустойчивости в пространстве параметров Л
3.3. Результаты измерения скорости смешения компонентов для
различных типов смесей. Роль различия коэффициентов диффузии компонентов и массы молекул как необходимое условие возникновения конвективных течений
3.4. Исследование конвективного смешения вблизи границ устойчивости в пространстве непрерывных параметров
3.4.1. Скорость смешения как функция давления
3.4.2. Влияние исходного состава смеси на возникновение неустойчивого режима
3.4.3. Влияние различного размещения компонентов относительно диффузионного канала
3.4.4. Влияние вязкости на устойчивость диффузионного массо-переноса
3.4.5. Влияние температуры на устойчивость диффузионного переноса
3.5. Исследование развитых конвективных течений в диффузионно неустойчивых смесях
3.5.1. Влияние геометрических параметров и угла наклона диффузионного канала на интенсивность конвективного смешения
3.5.2. Формирование конвективных ячеек при диффузии тройных газовых смесей через переменное число каналов при одинаковой суммарной площади их сечений
3.5.3. Конвективные структурированные течения при давлениях,
значительно превышающих критическое значение
3.5.4. Влияние температуры и ее градиента на интенсивность раз-
витых конвективных течений
3.5.5. Влияние исходного состава газовой смеси на интенсивность

<у п2 + к2 )[ Л-+Да+ЯЬО, а + [АР -(п27?+к?)]Ь=0.
(1.27)
Путем исключения «а» и «Ь», система (1.27) сводится к квадратному уравнению относительно Л , корни которого дают значения декрементов в зависимости от параметров - К, Р,п, к
Прежде всего отметим, что (1.28) совпадает со значением Л, полученным в [41] для случая тепловой конвекции. Это позволяет проводить аналогию между концентрационной и тепловой конвекцией при оценке основных особенностей спектра декрементов. При Р>О плотность в верхней части слоя больше, чем в нижней. Такой случай соответствует подогреву снизу для тепловой конвекции [41]. Выражение под корнем для Я>0 всегда положительно и вещественно. Возмущения в слое при таком распределении плотности изменяются со временем монотонно. Из двух корней, соответствующих данному п, один - всегда положителен и растет с увеличением Р (X ). Другой корень (Я') - убывает с ростом Я и при достаточно большом значении Я становится отрицательным, порождая неустойчивость. Критическое число Рэлея, при котором возникает неустойчивость при данных пик, определяется из условия Л' = 0. В этом случае из (1.28) следует
(1.28)
(1.29)