ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИИ НА СТРУКТУРУ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЧЕНИЯ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА ПРИ НАГРЕВЕ СНИЗУ

Автор: Матвей Александрович Давыдов

Соавторы: Черепанов И.Н., Кондрашов А.Н., Гончаров М.М.

Организация: Пермский государственный научно исследовательский университет

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИИ НА СТРУКТУРУ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЧЕНИЯ  КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА ПРИ НАГРЕВЕ СНИЗУ

 Конвекция в бинарных смесях демонстрирует широкий спектр неустойчивостей, нелинейной эволюции и процессов самоорганизации [1]. Распределение концентрации влияет на плавучесть, т.е. движущую силу конвективных потоков [2]. Поле концентрации в бинарных смесях зависит от различных факторов: диффузии, термодиффузии (эффект Соре) [3] и конвективного перемешивания.

 

Коллоидная суспензия представляет собой жидкость-носитель, содержащую наночастицы с размерами в диапазоне от 10 до 100 нм. Градиенты концентрации, вызванные термодиффузией в коллоидной суспензии, превышают аналогичные градиенты в молекулярных смесях на порядок и более из-за больших значений коэффициентов Соре для наночастиц [4]. Экспериментальное исследование конвекции коллоидной суспензии в закрытой ячейке [5] продемонстрировало существование постоянной и переходной колебательной конвекции. В [6] показано, что своеобразная диаграмма бифуркации, полученная для Hyflon MFA, также будет присутствовать в других коллоидных суспензиях, характеризующихся большим отрицательным коэффициентом разделения.

 

Изучено влияние интенсивности диффузии на структуру конвективного течения коллоидной суспензии (Hyflon MFA) с объемной долей наночастиц, заполняющей горизонтальный плоский слой с непроницаемыми твердыми границами. Рассмотрение проведено для случая подогрева слоя снизу.

 

Исследование порога устойчивости течений, проведенное в работе [7], показало, что с увеличением числа Льюиса (характеризующем интенсивности диффузии примеси) порог устойчивости течения изменяется нелинейно. При этом могут происходить смена типа конвективного течения между сильно- и слабо-модулированными бегущими волнами.

Изучена структура течения, а также переходные процессы возникающие при изменении числа. 

 

1. M.C. Cross, P.C. Hohenberg, Rev. Mod. Phys. 65, 851 (1993)

2. M. L¨ucke et al., Evolution of Structures in Dissipative Continuous Systems, 127, edited by F. H. Busse and S. C. M¨uller, Lecture Notes in Physics, Vol. m55 (Springer, Berlin, 1998)

3. J. Platten, J.C. Legros, Convection in Liquids (Springer, Berlin, 1984)

4. E. Blums et al., J. Magn. Magn. Mater. 169(1), 220 (1997)

5. G. Donzelli, R. Cerbino, A. Vailati, Phys. Rev. Lett. 102, 104503 (2009)

6. M. Bernardin, F. Comitani, A. Vailati, Phys. Rev. E 85, 066321 (2012)

 

7. I.N. Cherepanov, B.L. Smorodin Traveling waves of a colloidal suspension in a closed cell Eur. Phys. J. E (2022) 45:39