Перенос примеси и конвекция в неоднородных по составу жидкостях

• Автор: Тараут, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Явления переноса и конвекция неоднородной жидкости (смеси)
1.1. Обзор литературы
1.1.1 Электроконвекция слабопроводящих жидкостей
1.1.2. Конвекция бинарной смеси
1.2 Общая характеристика диссертации
2. Влияние электрического поля на перенос заряда при наличии пороговой инжекции
2.1 Постановка задачи
2.2 Метод решения
2.3 Время инжекции
2.4 Автоволны заряда в постоянном поле
2.5 Влияние переменного поля на распространение заряда
3. Возникновение элекроконвекции при наличии автономной униполярной инжекции
3.1 Постановка задачи
3.2 Механическое равновесие
3.3 Электроконвективная неустойчивость
3.4 Модулированное поле. Параметрическая неустойчивость
4. Нелинейные режимы электроконвекции при автономной униполярной инжекции
4.1 Метод решения

4.2 Нагрев снизу: Режим стационарной конвекции
в постоянном поле
4.3 Режим бегущих волн в постоянном поле: нагрев сверху
4.4 Бегущие волны в переменном поле
5- Локализованные структуры в горизонтальном слое бинарной
смеси
5.1 Система уравнений конвекции бинарной смеси
5.2 Конвективные состояния бинарной смеси в случае аномальной термодиффузии
5.2.1 Протяженные состояния
5.2.2 Локализованные бегущие волны
5.2.3 Конвектон — локализованная стационарная конвекция
5.3 Столкновение локализованных бегущих волн и конвектонов
Заключение
Список литературы

Введение
В силовых полях различной природы (гравитационных, вибрационных, электромагнитных) жидкости или газы могут приходить в движение. Конвективные течения возникают из-за пространственной неоднородности свойств среды (плотности, электропроводности, намагниченности). Проблема конвективной устойчивости и конвективных течений — одна из фундаментальных проблем гидродинамики [1—12]. Конвекция является причиной множества природных явлений, лежит в основе океанических и атмосферных течений, процессов в недрах и оболочках звёзд. Знание законов и механизмов конвекции широко используется в технологических процессах на Земле и в условиях микрогравитации.
В случае, когда плотность жидкости зависит только от температуры, возникает термогравитационная (или тепловая) конвекция [1, 3]. В неоднородных по составу жидких смесях конвекция, связанная с перераспределением концентрации одной из компонент (примеси), проявляет себя большим разнообразием физических явлений [13-14], чем в. чистых жидкостях. Например, добавление небольшого количества этилового спирта в воду, качественно меняет не только характер возникновения конвекции (прямая бифуркация сменяется обратной), но и приводит к образованию разнообразных пространственно протяженных и локализованных структур.
Другой пример неоднородной по составу жидкости — находящийся в электрическом поле жидкий диэлектрик, содержащий заряженные примеси (ионы). Под влиянием особых (электроконвективных) механизмов неустойчивости, связанных с разнообразными способами возникновения свободного или связанного электрического заряда в жидкости, электоконвективные течения могут возникнуть [8-12] не только при неоднородном нагреве, но и в изотермическом случае. Взаимодействие свободных зарядов с электрическим полем может привести к возникновению конвекции жидкости даже в невесомости. В Земных условиях электрическое поле сдвигает пороги тепловой

В систему (2.2, 2.3) входит безразмерный параметр Я = О0££0/[1?сг0), равный отношению времени релаксации объемного заряда (г к диффузионному времени 1а = 1}/Оп; безразмерный коэффициент интенсивности инжекции А1 = 2Ае/а0 и безразмерный потенциал анода Г0 — е0(р0/(кТ).
2.2 Метод решения
Решение нестационарной нелинейной задачи (2.2, 2.3) в постоянном и переменном поле находилось методом конечных разностей. Использовалась неявная по пространству схема со сгущающейся вблизи электродов сеткой. Неравномерная сетка задавалась аналитически формулами
1ехр(уС/Л0-1 ^
J 2 ехр(С/2)-1 '

2 ехр((7У —у)С/^У) — 1 ехр(С/2)-
где С — параметр сгущения, N — число узлов сетки, у — номер узла. Поскольку наиболее экстремальные диффузионные слои возникают вблизи электродов, в этих областях сетка устанавливалась более подробной. Число узлов в межэлектродном пространстве составляло N=200, при этом параметр сгущения менялся в интервале 8 < С < 10. Таким образом, минимальный шаг составлял Ах. ~ 3.6 -10~4, при этом шаг в центре слоя Ах. = 5 • 10“2. Это
позволило разрешать задачу при условии резких градиентов концентрации заряда, которые неизбежно возникают в рассматриваемой модели инжекции.
Для изучения процессов, происходящих в конденсаторе, выбирались следующие значения параметров: расстояние между обкладками Ь=0.002 м, потенциал анода % = 260 В. Если в качестве диэлектрика рассматривать предварительно очищенный йодбензол или бромбензол, то можно использовать следующие физико-химические характеристики диэлектрика: остаточ-