Введение к работе
Актуальность темы. В многокомпонентной смеси диффундирующих газов с различающимися коэффициентами диффузии возникает перепад давления и гидродинамическое течение. Этот эффект молекулярной физики вошел в учебники и его открытие вызвало появление целого, ряда новых интересных направлений исследований: поиск "истинных", очищенных от вклада гидродинамики, коэффициентов диффузии; изучение бароэффекта, исследование аномалий в многокомпонентных смесях, таких как осмотическая и реверсивная диффузия, явление диффузионного барьера.
Описание гидродинамики, сопровождающей диффузию, проводилось исторически сначала (при допущении о постоянстве давления) простым соединением диффузионного потока и конвективного переноса с некоторой эффективной скоростью, являвшейся аналогом гидродина>-мической скорости, а затем на основе все более усложняющейся связи, уравнений диффузии и гидродинамики.
Развитие исследований в этих направлениях продолжается и предлагаемая работа относится в основном к последнему упомянутому описанию.
Проблема, состоит в том, что если, число' компонент в смеси больше двух, то в поле силы тяжести возможна неустойчивость и конвективное перемешивание газов. Применяя к описанию многокомпонентной диффузии те или иные методы, чаще всего это метод Стефана-Максвелла", предполагают.1 изобаричность процесса, но основные явления при многокомпонентной диффузии вызваны именно возникновением перепада давления и их анализ требуат совместного решения уравнений диффузии и Навье-Стокса.
Самопроизвольный переход от- диффузионного' перемешивания к конвективному в результате неустойчивости процесса многократно интенсифицирует процесс перемешивания. Отдельные попытки вписать неустойчивость, вызванную диффузией, на основе связи уравнений гидродинамики и диффузии предпринимались и ране, но являются недостаточными.
Целью работы является выяснение гидродинамической картины на стадии возникновения макротечений, вызванных диффузией; анализ различных подходов к описанию этой картины-, а также исследование на устойчивость образующихся при диффузии инверсных распределений плотности.
\
Научная, новизна, работы заключается в том, что впервые
рассмотрены волны, вызванные диффузией в многокомпонентной смеса газов;
показано, что вблизи границы раздела смесей возможны значительные ускорения слоев газа;
описана эволюция даркеновской скорости, в трехкомпонентной смеси;
найдены новые инверсные распределения плотности- смеси в ходе нестационарной диффузии;
показано существование стационарных распределений с инверсией плотности, в отярытых многокомпонентных смеоях газов (в отсутствие силы тяжести)»
применено рэлей-тейлоровское рассмотрение устойчивости, при многокомпонентной диффузии о учетом влияния переходных слоев плотности (по Е.И.Забабахину).
Т,ео;ШИЧ,еШя и ГШШИЧер.каа ЩВШЬ проведенного исследования состоит в том, что оно
содержит новые оведения в ключевых вопросах понимания диффузии в многокомпонентных системах;
приложено к исследованию недавно открытого явления неустойчивости: при диффузии в многокомпонентных системах;
приложено к исследованию химически реагирующих систем.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась сопоставлением полученных аналитичеоких решений с численным- решением соответствующей задача, путем использования современных численных методов высокой точности и тестированием составленных программ на клаосических задачах, имеющих известное аналитическое решение.
На .шш .шйрлщі
распространение метода Е.И.Забабахша на теорию неустойчивости при многокомпонентной диффузии;
обоснование вида оиотемы нестационарных уравнений переноса массы, импульса и энергии многокомпонентной смеси;
численный алгоритм и программа его реализации для решения задач тепломасоопервнооа в многокомпонентной газовой среде с химическими реакциями;
обнаружение в численном эксперименте волн, возникающих в многокомпонентных смесях газов с диффузией компонент.
Аппобаїшя работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
на Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых "Явления переноса в газах и жидкостях" (г. Алма-Ата, 1985);
на Юбилейной конференции "ЭВМ и научно-технический прогресс" (г, Алма-Ата, 1985);
на Республиканской конференции "Горение полимеров и создание, трудногорючих полимерных материалов" (г. Алма-Ата, 1986);
на конференции молодых ученых и специалистов КазГУ им. СМ. Кирова, посвященной 55-летию университета (г. Алма-Ата, 1989);
- на Всесоюзном совещании-семинаре по физике криокристаллов и
. диффузионному массопереносу (г. Алма-Ата, 1989);
на Международной конференции "Нестационарные процессы в катализе" (г. Новосибирск, 1990);
на У Всесоюзной конференции по проблемам механики неоднородных сред, и турбулентных течений (г. Одесса, 1990)';
на Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых по механике реагирующих сред (г. Томск, 1992);
на научном семинаре кафедры физической гидродинамики и научно-исследовательской лаборатории процессов теплообмена и горения КазГУ (г. Алма-Ата, Т992).
Публикации. По -теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех.глав, заключения, списка цитированной литературы из 106 наименований, 19 'рисунков, таблицы и приложения.