Забыли данные входа?   Регистрация  

РАЗВИТИЕ КОНВЕКЦИИ ДВОЙНОГО СЛОЯ В ПРОТОЧНОМ МИКРОКАНАЛЕ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СМЕШЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Автор: Елена Александровна Мошева

Организация: Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (ИМСС УрО РАН)

РАЗВИТИЕ КОНВЕКЦИИ ДВОЙНОГО СЛОЯ В ПРОТОЧНОМ МИКРОКАНАЛЕ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СМЕШЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

В работе экспериментально исследуется процесс смешения потоков в условиях развития конвекции диффузионного слоя (DLC-конвекция) [1]. В неподвижной двухслойной системе смешивающихся жидкостей формирование данной конвекции возможно при условии разной скорости диффузии растворенных в слоях веществ. В этом случае взаимная диффузия слоев сопровождается формированием конвективной неустойчивости в виде пальчиковых структур, распространяющихся в обе стороны от начальной зоны контакта жидкостей. В данной работе мы сосредоточены на изучении DLC-конвекции и ее влиянии на эффективность смешения жидкостей в подвижной двухслойной системе, где жидкости непрерывно прокачиваются в тонком горизонтальном канале.

Микроканал имеет следующие размеры: длина L = 7.0 см, высота d = 0.25 см, толщина h = 0.02 см. С одной стороны канал оснащен смесителем Y-типа. С помощью тонкой трубки каждое плечо смесителя подключено к шприцевому насосу (SPLab02), посредством которого осуществляется непрерывная подача исследуемых жидкостей в канал с заданным расходом. Прокачиваемые жидкости свободно сливаются через отверстие, расположенное на противоположном конце канала. Геометрия смесителя, микроканала и реализация подачи растворов схематически проиллюстрированы на рисунке 1.

Структура возникающих в канале течений качественно исследована с помощью сдвиговой интерферометрии. Для количественной оценки эффективности смешения потоков использовался метод, основанный на добавлении к одному из растворов флуоресцирующего вещества (родамин В). В ходе эксперимента производилась съемка изображений, характеризующих распределение концентрации родамина, отражающее поле концентрации того вещества, в раствор которого он был добавлен. Математическая обработка полученных полей концентрации позволила количественно оценить степень смешения потоков [2].

В докладе обсуждается эффективность смешения потоков при различной интенсивности DLC-конвекции. Приводится сравнительный анализ с ранее изученными случаями чисто диффузионного смешения и смешением в условиях развития конвекции двойной диффузии [3].

Исследование выполнено при финансовой поддержке стипендии президента РФ для аспирантов и молодых ученых (СП-2408.2021.1)

1. Griffiths R.W. Layered double-diffusive convection in porous media // Journal of Fluid Mechanics. 1981. Vol. 102. P. 221-248.

2. Stroock, A.D. et al. Chaotic mixer for microchannels // Science. 2002. Vol. 295. № 5555.  P. 647-651.

3. Mizev A.I., Mosheva E.A., Shmyrov A.V. Double-diffusive convection in the continuous flow microreactors // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1945. №. 1. P. 012036.