Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Степанова И. В. Влияние тепловой нагрузки на конвекцию в системе двух бинарных смесей с фазовым переходом // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 246-258. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-2-246-258, EDN: RLHSLL

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.05.2025
Полный текст:
(downloads: 29)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
532.5
EDN: 
RLHSLL

Влияние тепловой нагрузки на конвекцию в системе двух бинарных смесей с фазовым переходом

Авторы: 
Степанова Ирина Владимировна, Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения РАН
Аннотация: 

В работе рассматривается математическая модель конвективного течения в горизонтальном канале с испарением на границе раздела бинарной жидкости и газопаровой смеси, выведенная на основе уравнений Навье – Стокса в приближении Обербека – Буссинеска с учетом эффекта термодиффузии. С помощью построенного точного решения уравнений, описывающих течение, проводится апробация различных типов граничных условий для температуры на стенках канала, внутри которого находится двухслойная система сред с фазовым переходом. В качестве граничных условий может рассматриваться нагрев обеих стенок, теплоизоляция обеих стенок или комбинация этих условий. Учитывается разный характер зависимости (линейная и квадратичная) поверхностного натяжения от концентрации одного из компонентов в жидком слое. Изучено, какие из исследуемых постановок задач имеет смысл обсуждать с точки зрения анализа процесса испарения. На примере рассчитанных характеристик течения в системе «70%-й водный раствор этанола — смесь паров этанола и азота» показано, что построенное решение адекватно отражает основные признаки процесса испарения: связь скорости испарения с тепловой нагрузкой стенки канала и расходом спутного потока газа. Проведено качественное сравнение с имеющимися экспериментальными данными.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-11-00243, https://rscf.ru/project/22-11-00243).
Список источников: 
  1. Бекежанова В. Б., Гончарова О. Н. Задачи испарительной конвекции (обзор) // Прикладная математика и механика. 2018. Т. 82, № 2. С. 219–260. EDN: ORSKZP
  2. Шлиомис М. И., Якушин В. И. Конвекция в двухслойной бинарной смеси с испарением // Гидродинамика. 1972. Вып. 4. С. 129–141.
  3. Goncharova O. N., Hennenberg M., Rezanova E. V., Kabov O. A. Modeling of the convective fluid flows with evaporation in the two-layer systems // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. 2013. Vol. 1, iss. 4. P. 317–338. https://doi.org/10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.v1.i4.20
  4. Бирих Р. В. О термокапиллярной конвекции в горизонтальном слое жидкости // Прикладная механика и техническая физика. 1966. № 3. С. 69–72. EDN: FWKBOW
  5. Bekezhanova V. B., Goncharova O. N. Analysis of characteristics of two-layer convective flows with diffusive type evaporation based on exact solutions // Microgravity Science and Technology. 2020. Vol. 32. P. 139–154. https://doi.org/10.1007/s12217-019-09764-0
  6. Андреев В. К., Гапоненко Ю. А., Гончарова О. Н., Пухначев В. В. Современные математические модели конвекции. Москва : Физматлит, 2008. 368 с. EDN: UGLJZD
  7. Гончарова О. Н., Резанова Е. В. Пример точного решения стационарной задачи о двухслойных течениях при наличии испарения на границе раздела // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, № 2. С. 68–79. EDN: SMGNUZ
  8. Стабников В. Н., Ройтер И. М., Процюк Т. Б. Этиловый спирт. Москва : Пищевая промышленность, 1976. 273 с.
  9. Vazquez G., Alvarez E., Navaza J. M. Surface tension of alcohol + water from 20 to 50∘ // Journal of Chemical and Engineering Data. 1995. Vol. 40, iss. 3. P. 611–614. https://doi.org/10.1021/je00019a016
  10. Рыжков И. И. Термодиффузия в смесях: уравнения, симметрии, решения и их устойчивость. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2013. 200 с. EDN: RUKUMF
  11. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва : Наука, 1972. 722 с.
  12. Бекежанова В. Б., Гончарова О. Н., Люлин Ю. В. Теоретическое и экспериментальное исследование течений с испарением на термокапиллярной границе раздела: особенности моделирования, анализ характеристик // Многофазные системы. 2023. Т. 18, № 3. С. 97–99. https://doi.org/10.21662/mfs2023.3.018, EDN: ASCVIA
Поступила в редакцию: 
12.03.2024
Принята к публикации: 
10.09.2024
Опубликована: 
30.05.2025