Abstract
Diffusion can have a destabilizing effect on the development of convective flows in multicomponent liquid mixtures with different diffusion rates of components. The movement that arises in this case, which is generally called double (or differential) diffusive instability, is an important mechanism for intensifying mass and heat transfer in many natural and technological systems. As components that affect the overall density distribution in a liquid medium, heat and a dissolved substance or two dissolved substances can act. In the latter, isothermal case, the standard formulation of the problem includes the study of the stability of a two-layer system under counter diffusion of components dissolved in adjacent layers. The possibility of developing instability during co-directional diffusion of components having a different sign of the concentration dependence of density and initially dissolved in one of the layers was experimentally investigated for the first time. Such a statement of the problem is closest to a number of oceanological applications, where the development of instability is due to the uneven distribution of temperature and salinity of sea water. In present work, the development of double diffusive instability was found and it was shown that the structure of the resulting convective flow is determined by the ratios of the density increments due to the dissolution of the components and the diffusion coefficients. Based on the research results, a set of dimensionless parameters is proposed and a map of the regimes of the observed convective flows is constructed, which allows us to systematize the experimental data.
Highlights
Диффузия может оказывать дестабилизирующее влияние на развитие конвективных течений в многокомпонентных жидких смесях с разной скоростью диффузии компонент
Diffusion can have a destabilizing effect on the development of convective flows in multicomponent liquid mixtures with different diffusion rates of components
The movement that arises in this case, which is generally called double diffusive instability, is an important mechanism for intensifying mass and heat transfer in many natural and technological systems
Summary
Конвективное движение в жидкой среде играет определяющую роль в процессах переноса тепла и массы в подавляющем большинстве природных явлений и технологических процессов, от микромасштабов до масштабов астрономических объектов. Если направление градиента плотности совпадает с направлением силы тяжести, то говорят об устойчивой стратификации среды, что обусловливает невозможность развития конвективного движения. В такой ситуации вертикальное смещение элемента жидкости не обязательно приводит к его отрицательной плавучести и возникновению возвращающей силы, что характерно для устойчиво стратифицированных однокомпонентных сред. Диффузия обоих компонент через зону смешения приводит к формированию конвективного движения выше и ниже зоны, что и дало название такому типу неустойчивости – конвекция с диффузионным слоем (Diffusive Layer Convection, DLC). Поскольку в отличие от системы «соль-тепло» добавление обоих веществ увеличивает плотность раствора, то для создания начальной устойчивой стратификации градиенты концентрации в такой модели всегда разнонаправлены, а компоненты диффундируют навстречу друг другу. В такой ситуации для создания изначально устойчивой стратификации градиенты концентраций обоих компонент должны быть коллинеарны. По результатам исследований предложен набор безразмерных параметров и построена карта режимов наблюдаемого конвективного течения, объединяющая экспериментальные данные
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
