Введение к работе
Концентрационная конвекция возникает в неоднородно!! по составу газовой или жидкой смеси, находящейся в поле массовых сил. Существует несколько причин возникновения неодно-родностей концентрации: источники примеси на границах полости, термодиффузия в неизотермических растворах, химические и электролитические реакции в среде и т.д.. Наличие разных механизмов осложняет исследование концентрационной конвекции, приводя к новым эффектам, отсутствующим в тепловой конвекции однокомпонентной жидкости. Изучению этих эффектов и посвящена диссертация.
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью прогнозирования поведения неизотермических смесей и расплавов в слабых силовых полях и дальнейшим совершенствованием технологических процессов получения полупроводников, изотопов и биопрепаратов как в наземных условиях, так к в условиях микрогравитации.
Целью работы является изучение влияния свободно!"! ксннек-ции на поля концентрации и температуры в жидких смесях, определение условий, при которых наблюдается максимальное разделение по концентрации; разработка оптических приборов, статных кювет и методик проведения экспериментов по исследованию конвективных процессов в невесомости.
Научная новизна работы. В работе впервые получены следующие результаты:
разработаны конструкция экспериментальных установок и методика исследования термодиффузионной конвекции,
изучена структура концентрационных полей, возникающих при изотермической конвекции растворов в горизонтальном цилиндрическом слое,
экспериментально и численно исследована термодиффузионная конвекция смесей в наклонной прямоугольной полости. Определены условия максимального разделения концентрации, обнаружены два режима течения в области малых углов наклона,
экспериментально изучены концентрационные поля при термодиффузионной конвекции бинарных смесей в горизонтальном цилиндрическом слое.
Практическая ценность диссертации. На основе выполненных исследований подготовлена и осуществляется программа экспери-
- 4 -ментов по изучению термогравитационной, концентрационной и термодиффузионной конвекции на борту орбитальной станции. Результаты работы могут быть использованы также при .конструировании установок по измерению коэффициента Соре и для совершенствования технологических процессов, в которых существенно сказывается концентрационная конвекция.
Работа выполнена в Пермском государственном университете в рамках темы "Тепловая и концентрационная конвекция в условиях невесомости" (КЗ гос.per. 02.84.0015528).Результаты исследований использованы также в Институте механики сплошных сред УрО РАН при разработке темы "Тепломассообмен и гидродинамическая неустойчивость в условиях невесомости" (ii- гос. per. 01.86.0097274).
Автор выносит на защиту:
-
Результаты экспериментального исследования концентрационных полей, сформированных в условиях изотермической конвекции в горизонтальном цилиндрическом слое.
-
Результаты лабораторного моделирования нестационарной концентрационной конвекции при пониженной гравитации.
-
Методику и результаты исследования термодиффузионной конвекции жидкой смеси в наклонной прямоугольной полости :: горизонтальном цилиндрическом слое.
-
Конструкцию интерферометра, кювет к методику проведения экспериментов по изучению конвективных явлений з невесомости.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 111 и IV Всесоюзных семинарах по гидромеханике и тепломассоб-мену в невесомости (Черноголовка,1964; Новосибирск,1987), международном симпозиуме по гидромеханике и тепломассообмену в невесомости (Пермь-Москва,1991), VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент,1986), на XVI Гага-ринских научных чтениях по космонавтике и авиации (Москва,іі-'бб), Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых (Алма-Ата,198Є), II Всесоюзной конференции молодых исследователей (Новосибирск, 1987), на Пермском гидродинамическом семинаре под руководством профессоров Г.З.Гершуни и Е.U.луховицкого. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы (166 наименований). Общий объем работы 142 страницы, включая 31 рисунок и 7 фотографий.