Экспериментальные методы регистрации процесса диффузионной неустойчивости в газовых системах


DOI: 10.34759/trd-2023-128-09

Авторы

Поярков И. В., Липатова Л. И.*

Московский государственный строительный университет, Ярославское шоссе, 26, Москва, 129337, Россия

*e-mail: physics.801.lli@mail.ru

Аннотация

В статье дается обзор экспериментальных методов регистрации перехода газовой смеси в процессе смешения из режима устойчивой диффузии в состояние диффузионной неустойчивости. Описываются эксперименты по регистрации процесса смешения газовых систем методом тенеграмм, который позволяет пронаблюдать динамику процесса смешения, визуально определить границу смены режима во время протекания процесса массопереноса, а также получить качественную информацию о пространственном распределении неоднородностей и характере их поведения на протяжении всего неустойчивого процесса смешения. Катарометрический метод позволяет регистрировать динамику процесса смешения, начиная от нерегулярных колебаний суммарной концентрации и заканчивая установившимся конвективным процессом. Дано описание количественных методов определения термодинамических параметров системы, при которых возникает диффузионная неустойчивость. Метод определения термодинамических параметров по отношению парциальных потоков компонентов смеси позволяет точно рассчитать границу устойчивой диффузии, а метод использования критериальных чисел дает возможность получить значение критического числа конвективной устойчивости для многокомпонентной газовой смеси в изотермических условиях в поле силы тяжести. Проанализированы преимущества и недостатки использования описанных в работе методов при определении параметров системы, при которых происходит переход из диффузионной области в область неустойчивой диффузии.

Рассмотренные в статье способы регистрации различных типов массопереноса в газовых многокомпонентных системах позволяют проследить процесс изменения режима смешивания газов, определить термодинамические параметры, при которых он возможен, и учитывать его при использовании газов и газовых смесей в технологических процессах в строительстве и при эксплуатации конструкций, при проведении технической экспертизы строительных объектов; при разработке ракетной и аэрокосмической техники; при создании аппаратов химической и нефтехимической промышленности.

Ключевые слова:

массообмен, режим смешения, диффузионная неустойчивость, конвекция, метод тенеграмм, катарометрический метод

Библиографический список

  1. Marrero T.R., Mason E.A. Gaseous Diffusion Coefficients// Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1972,no. 1,pp. 117. DOI: 10.1063/1.3253094
  2. Miller L., Mason E.A. Oscillating instabilities in multicomponent diffusion // The Physics of Fluids, 1966, no.9, pp. 711-721. DOI: 10.1063/1.1761737.
  3. Мухамбетова А., Косов В.Н. Особенности многокомпонентного изотермического смешения газовых смесей на границе «диффузия — конвекция»// Universum: технические науки. 2022. № 5 (98). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13737. DOI:10.32743/UniTech.2022.98.5.13737
  4. Косов В.Н., Бычков А.Г., Жаврин Ю.И. Применение теневого метода для визуализации конвективных потоков, образующихся при диффузии в многокомпонентных газовых смесях // Теплофизика и aэромеханика. 1994. № 1. C. 87-90.
  5. Косов В.Н., Федоренко О.В. Конвективные режимы при диффузии в трехкомпонентных газовых системах при различном содержании самого тяжелого по плотности компонента в смеси // Вестник Московского государственного областного педагогического университета. 2018. № 1. С. 119-127.
  6. Косов В.Н., Жаврин Ю.И., Мукамеденкызы В., Федоренко О.В., Молдабекова М.С. Неустойчивость механического равновесия в трехкомпонентных газовых системах с близкими массами молекул у диффундирующих компонентов // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2012. № 2 (10). С. 155-158.
  7. Косов В.Н., Федоренко О.В., Жаврин Ю.И., Мукамеденкызы В. Неустойчивость механического равновесия при диффузии в трехкомпонентной газовой смеси // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 4. С. 15-18.
  8. Stommel H., Arons A., Blanchard D. An oceanographical curiosity: the perpetual salt fountain // Environmental Science, 1955, no. 3, pp. 152-153. DOI:10.1016/0146-6313(56)90095-8.
  9. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная неустойчивость несжимаемой жидкости. — М.: Наука, 1972. — 392 с.
  10. Александров О.Е., Селезнев В.Д. Зависимость скорости смешения от давления при свободной конвекции бинарной смеси газов в двухколбовом аппарате // Журнал технической физики. 2017. Т. 90. № 3. C. 550-556.
  11. Жаврин Ю.И., Мукамеденкызы В., Поярков И.В. Диффузионно-конвективное смешивание бинарной смеси пропана и диоксида углерода с чистой закисью азота // Журнал технической физики. 2007. Т. 52. № 7. С. 947-949.
  12. Комаров В.В., Пономарев А.А., Пономарев Н.Б. Экспериментальные исследования нетипичного отрыва потока газа в сопле с коническим насадком // Труды МАИ. 2010. № 40. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=22868
  13. Быков Л.В., Никитин П.В., Пашков О.А. Математическое моделирование процессов обтекания затупленного тела высокоскоростным потоком // Труды МАИ. 2014. № 78. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=53445
  14. Бодрышев В.В., Абашев В.М., Тарасенко О.С., Миролюбова Т.И. Интенсивность изображения, как количественная характеристика параметров газового потока // Труды МАИ. 2016. № 88. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=70428
  15. Молдабекова М.С., Асембаева М.К., Федоренко О.В. Экспериментальное исследование влияния давления на разделение газовой смеси с двуокисью углерода // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92. № 4. C. 901-905.
  16. Trengove R.D., Robjohnsand H.L., Dunlop P.J. Diffusion coefficients and thermal diffusion factors for H2—N2, D2—N2 and H2—O2, D2—O2 systems // Physical Chemistry, 1983, no. 87, pp. 1187-1190.
  17. Косов В.Н., Красиков С.А., Федоренко О.В. Диффузионная и конвективная неустойчивость в многокомпонентных газовых смесях при различных давлениях // Европейский физический журнал. Специальные темы. 2017. № 226. С. 1177-1187. DOI:10.1140/epjst/e2016-60201-1
  18. Косов В.Н., Кульжанов Д.У., Жаврин Ю.И. Влияние концентрации компонентов смеси на возникновение конвективных режимов смешения при диффузии в тройных газовых системах // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 6. С. 984-989. DOI:10.7868/S0044453717060152
  19. Федюшкин А.И., Пунтус А.А. Нелинейные особенности ламинарных течений жидкости на земле и в невесомости // Труды МАИ. 2017. № 102. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=98829
  20. Kossov V., Asembaeva M., Mukamedenkyzy V. et al. Intensification of the Separation of Isothermal Ternary Gas Mixtures Containing Carbon Dioxide // Chemical Engineering & Technology, 2021, vol. 44 (11). DOI:10.1002/ceat.202100241
  21. Жаврин Ю.И., Косов В.Н., Кульжанов Д.У., Федоренко О.В. Экспериментальные методы исследования диффузии и концентрационной гравитационной конвекции, вызванной неустойчивостью механического равновесия в многокомпонентных газовых смесях. — Алматы: Қазақ университеті, 2015. — 172 с.

    22. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход