Влияние знака концентрационной зависимости плотности на структуру и интенсивность неустойчивости двойной диффузии

Автор: Елена Александровна Мошева

Соавторы: Мизёв Алексей Иванович

Организация: Институт механики сплошных сред УрО РАН

В данной работе экспериментально исследован процесс формирования конвективного течения вследствие неустойчивости двойной диффузии [1, 2] в двухслойной системе смешивающихся жидкостей. Течение представляет собой пальчиковую структуру, распространяющуюся в обе стороны от первоначальной границы контакта слоёв. Эксперименты выполнены в вертикальной ячейке Хеле-Шоу высотой – 9.0 см, шириной – 2.4 см, толщиной – 0.1 см. Изначально система имеет устойчивую стратификацию по плотности (верхний слой легче нижнего), а каждая из жидкостей однородна по концентрации. В исследуемой постановке градиенты концентрации растворенных веществ A и B (также как и градиенты плотности) разнонаправлены, а компоненты диффундируют навстречу друг другу (Рис. 1). В качестве рабочих жидкостей использованы водные растворы ряда неорганических и органических соединений. Варьирование веществ позволило проводить исследование в широком диапазоне управляющих параметров. Для визуализации нестационарного распределения концентрации веществ использован лазерный интерферометр Физо. Для визуализации и оценки интенсивности течения использован метод PIV.

Исследованы три возможные конфигурации системы:

(1) оба вещества имеют положительный знак концентрационной зависимости плотности, т.е. плотность растворителя меньше плотности обоих слоев;

(2) компоненты имеют разные знаки концентрационной зависимости плотности, т.е. плотность растворителя лежит между значениями плотностей обоих слоев;

(3) оба компонента имеют отрицательный знак концентрационной зависимости плотности, т.е. плотность растворителя больше плотности обоих слоев.

Особое внимание сосредоточено на изучении конфигураций 2 и 3, которые ранее в литературе не рассматривались. В докладе обсуждается влияние таких управляющих параметров как соотношение коэффициентов диффузии и коэффициентов концентрационного расширения на тип структуры возникающей конвекции, её интенсивность, а также условия перехода к устойчивости.