The features of the convective flows of multicomponent fluids in thin cavities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 60. DOI: 10.17223/19988621/60/7

The features of the convective flows of multicomponent fluids in thin cavities

It is known that the specific hydrodynamic phenomena take place during the fluid motion through micro-channels. These effects can be observed only at a microscale level. However, the boundary between microfluidic effects and macroscopic hydrodynamic phenomena is indecipherable. It is quite difficult to predict a real behavior of hydrodynamic system in the case of gradual change in the cavity proportions due to decrease in the size in one of the directions. The problem is to determine the main physical aspects that define the heat and mass transfer under given conditions. The conducted experiments show that the hydrodynamic paradoxes occurring in thin cavities and channels become evident during the motion of multicomponent fluids. These flows can be represented as a multicomponent molecular solution flow through non-uniformly heated thin connected channels, a binary metal melt flow in a capillary with nonwettable boundaries, and a ferrocolloid flow in a convective loop. Sometimes the fluidic media demonstrate unexpected behavior as a result of viscous interaction with solid boundaries during the mixing of initially homogeneous fluids. It is worth emphasizing that anomalous behavior takes place in thin cavities and channels even when their dimensions are macroscopic. The common feature of the considered processes is that the fluid interaction with the cavity boundaries has a great effect on the heat and mass transfer. All the described hydrodynamic phenomena have been found experimentally, and many of them had no explanation for a long time. Currently, these processes with multicomponent fluids involved have been studied in details and have a quantitative description. It is possible to combine the theoretical and experimental results, and to understand these phenomena clearly.

Download file
Counter downloads: 192

Keywords

adsorption and desorption processes, thermo- and concentration-capillary effects, thermal diffusion, free surface, concentration-induced convection, адсорбционно-десорбционные процессы, свободная поверхность, термо- и концентрационно капиллярные эффекты, термодиффузия, концентрационная конвекция

Authors

NameOrganizationE-mail
Demin Vitaliy A.Perm State National Research Universitydemin@psu.ru
Всего: 1

References

Демин В.А., Мизев А.И., Петухов М.И., Шмыров А.В. О необычном поведении расплава Al - Si в тонких капиллярах // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. № 1 (39). С. 26-35. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-1-26-35.
Демин В.А., Мизев А.И., Петухов М.И. Сепарация бинарных сплавов в тонких капиллярах // Вычислительная механика сплошных сред. 2018. Т. 11. № 2. С. 125-136. DOI: 10.7242/1999-6691/2018.11.2.10.
Тарунин Е.Л. Вычислительный эксперимент в задачах свободной конвекции: учеб. пособие. Иркутск: изд-во Иркут. ун-та, 1990. 228 с.
Mongruel A., Chastel Th., Asmolov E.S., Vinogradova O.I. Effective hydrodynamic boundary conditions for microtextured surfaces // Phys. Rev. E. Statistical, Nonlinear and Soft Matter Physics. American Phys. Society. 2013. V. 87. P. 011002(R), DOI: 10.1103/PhysRevE.87.011002.
Vinogradova O.I., Yakubov G.E. Surface roughness and hydrodynamic boundary conditions // Phys. Rev. E. - Statistical, Nonlinear and Soft Matter Physics. American Phys. Society. 2006. V. 73. P. 045302(R), DOI: 10.1103/PhysRevE.73.045302.
Братухин Ю.К., Макаров С.О. Гидродинамическая устойчивость межфазных поверхностей. Пермь: Изд-во Пермск. ун-та, 2005. 240 с.
De Gemes P.G. Wetting: statics and dynamics // Rev. Mod. Phys. 1985. V. 57. P. 827-863.
Демин В.А., Петухов М.И. Крупномасштабный перенос компонентов металлических расплавов в тонких капиллярах // Вестник Томского университета. Математика и механика. 2017. № 48. С. 57-69. DOI: 10.17223/19988621/48/6.
Демин В.А., Петухов М.И. К вопросу о механизме крупномасштабного переноса компонентов металлических расплавов в неоднородно нагретых тонких капиллярах // Вестник Пермского университета. Физика. 2016. Вып. 3 (34). С. 65-71. DOI: 10.17072/1994-3598-2016-3-65-71.
Углев Н.П., Дубровина Е.И. Радиальное распределение компонентов при расслоении металлических расплавов в капиллярах // Вестник ПНИПУ. Сер. Химическая технология и биотехнология. 2015. № 1. С. 50-59.
Гаврилин И.В., Фролова Т.Б., Захаров В.П. О ликвации в жидких эвтектических расплавах // Изв. АН СССР. Металлы. 1984. № 3. С. 191-193.
Гаврилин И.В. Седиментационный эксперимент при изучении жидких сплавов // Изв. АН СССР. Металлы. 1985. № 2. С. 66-73.
Шапошников И.Г. К теории конвективных явлений в бинарной смеси // Прикладная математика и механика. 1953. Т. 17. Вып. 5. С. 604-606.
Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости. М.: Мир, 1993. 272 с.
Глухов А.Ф., Демин В.А., Попов Е.А. Тепловая конвекция магнитной наносуспензии в узких каналах // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2013. № 1. С. 41-51.
Глухов А. Ф., Сидоров ∠4.C., Арефьев И.М., Ладейщикова В.В., Шматко Н.Ю. О конвективных свойствах магнитной жидкости на основе ундекана // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. Вып. Т. 4(42). С. 19-24. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-4-19 24.
Глухов А.Ф., Демин В.А., Путин Г.Ф. Разделение смесей и тепломассоперенос в связанных каналах // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. Вып. 17. С. 45-51.
Попов Е. А. Трехмерные конвективные эффекты в узких полостях: канд. дис. Пермь: Перм. гос. ун-т, 2014. 141 с.
Глухов А.Ф. Экспериментальное исследование тепловой конвекции в условиях гравитационного расслоения: канд. дис. Пермь: Перм. гос. ун-т, 1995. 140 с.
Глухов А.Ф., Демин В.А., Путин Г.Ф. Конвекция бинарной смеси в связанных каналах при подогреве снизу // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2007. № 2. С. 13-23.
Mizev A., Mosheva E., Kosfarev K., Demin V., Popov E. Stability of solutal advective flow in a horizontal shallow layer // Phys. Rev. Fluids. 2017. V. 2(10). P. 103903.
Демин В.А., Попов Е.А. Конвективная неустойчивость вблизи границы раздела между встречными потоками взаиморастворимых жидкостей // Математическое моделирование. 2015. Т. 27. № 2. С. 115-128.
Бабушкин И.А., Глазкин И.В., Демин В.А., Платонова А.Н., Путин Г.Ф. Об изменчивости одного типичного течения в ячейке Хеле-Шоу // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2009. № 5. С. 3-14.
Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.
Любимов Д. В., Путин Г. Ф., Чернатынский В. И. О конвективных движениях в ячейке Хеле-Шоу // Докл. АН СССР. 1977. Т. 235. № 3. С. 554-556.
Бабушкин И.А., Демин В.А. Экспериментальное и теоретическое исследование переходных конвективных режимов в ячейке Хеле-Шоу // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2006. № 3. С. 3-9.
 The features of the convective flows of multicomponent fluids in thin cavities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 60. DOI: 10.17223/19988621/60/7

The features of the convective flows of multicomponent fluids in thin cavities | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 60. DOI: 10.17223/19988621/60/7

Download full-text version
Counter downloads: 526