Үшкомпоненттi газ қоспасындағы әр түрлi қысым мен құрамға байланысты концентрациялық конвекцияны моделдеу
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2020.v108.i4.09Кілттік сөздер:
диффузия, концентрациялық конвекция, қысым, орнықсыздық, Больцман торлы әдiсiАннотация
Бұл мақалада Навье-Стокс теңдеулер жүйесi, үзiлiссiздiк теңдеуi және үш компоненттi қоспа компоненттерiнiң концентрацияларын сипаттауға арналған теңдеулердi шешу негiзiнде үшкомпоненттi газ қоспасындағы әр түрлi қысым мен қоспа құрамы өзгерiсiнiң концентрациялық конвекция үрдiсiне әсерiн математикалық және компьютерлiк моделдеу баяндалады. Ауыр газ және жеңiл газ параллелепипед формасындағы шектеулi ортаның жоғарғы жағында, ал орташа тығыздықтағы газ төменгi жағында орналасқан жағдайдағы процесс зерттеледi. Сандық есептеулер 0.55Ar+0.45He-N2, 0.66Ar+0.34He-N2 және 0.55CO2+0.45He-N2 жүйелерi үшiн бiрқалыпты тiкбұрышты торда жүргiзiлдi. Қысымның әр түрлi мәндерi берiлген кездегi аталмыш жүйелер үшiн аргон және көмiртек диоксиды концентрацияларының өзгерiс динамикасы суреттер түрiнде көрсетiледi. Сандық зерттеу нәтижелерi Батнагар-Гросс-Крук (BGK) аппроксимациясы қолданылған Больцман торлы теңдеулерi әдiсiнiң (LBM) D3Q27 моделi негiзiнде құрылған 3D сандық алгоритмi көмегiмен алынған. Жүргiзiлген есептеулер бойынша, үшкомпоненттi газ қоспаларында белгiлi бiр қысым мен құрам үшiн конвективтi ауытқулармен байланысты күрделi массатаралу болу мүмкiндiгi анықталды. Сандық алгоритмдi тексеру мақсатында бұл мақаланы жазу барысында алынған нәтижелер эксперименталды жолмен алынған нәтижелермен салыстырылып отырып, жақсы келiсiм бергенiн атап өту керек.
Библиографиялық сілтемелер
[2] Zhavrin Y.I., Kossov N.D., Belov S.M., Semidotskaya N.I., "O primenenii metoda effektivnykh koeffitsiyentov k opisaniyu diffuzii v mnogokomponentnykh gazovykh smesyakh pri povyshennykh davleniyakh [On the application of the effective coefficient method to the description of diffusion in multicomponent gas mixtures at elevated pressures]", Teplomassoperenos v zhidkostyakh i gazakh: sb. nauch. tr. (1982), 3-12 [in Russian].
[3] Belov S.M., Zhavrin YU.I., Kosov N.D., Diffuzionnaya neustoychivost’ gazovoy smesi geliy-argon-azot pri razlichnykh davleniyakh i kontsentratsiyakh [Diffusion instability of a helium-argon-nitrogen gas mixture at various pressures and concentrations](Dep. in KazNIINTI 10/14/85. - №1073. Alma-Ata: KazGU, 1985), 13 [in Russian].
[4] Zhavrin YU.I., Kosov V.N., "Vliyaniye dliny kanala na ustoychivost’ diffuzionnogo protsessa v mnogokomponentnykh gazovykh smesyakh. [Influence of the channel length on the stability of the diffusion process in multicomponent gas mixtures]", Vest. AN KazSSR 10 (1991), 63-65 [in Russian].
[5] Kosov V.N., Kul’zhanov D.U., Zhavrin YU.I., Krasikov S.A., Fedorenko O.V., Osobennosti razdeleniya uglevodorodnykh gazovykh smesey pri konvektivnoy diffuzii [Features of the separation of hydrocarbon gas mixtures during convective diffusion] (Almaty: MV-Print, 2014), 144 [in Russian].
[6] Asembaeva M.K., Kosov V.N., Krasikov S.A., Fedorenko O.V., "Effect of the Channel Inclination Angle on Convective Mixing Caused by Instability of Mechanical Equilibrium of Ternary Gas Mixture at Isothermal Diffusion", Technical Physics Letters 45:11 (2019), 1071–1074.
[7] Kassem Ghorayeb, Abdelkader Mojtabi, "Double diffusive convection in a vertical rectangular cavity", Phys. Fluids 9:8(1997), 2339 - 2348.
[8] Qinlong Ren, Cho Lik Chan, "Numerical study of double-diffusive convection in a vertical cavity with Soret and Dufour effects by lattice Boltzmann method on GPU", International Journal of Heat and Mass Transfer 93(2016), 538–553.
[9] Pascale Garaud, "Double-Diffusive Convection at Low Prandtl Number", Annu. Rev. Fluid Mech. 50(2018), 275-298.
[10] Hongtao Xu, Zhuqing Luo, Qin Lou, Shuanyang Zhang, Jun Wang, "Lattice Boltzmann simulations of the double-diffusive natural convection and oscillation characteristics in an enclosure with Soret and Dufour effects", International Journal of Thermal Sciences. 136(2019), 159-171.
[11] Kosov V.N., Zhakebayev D.B., Fedorenko O.V., "Chislennyy analiz konvektivnykh dvizheniy, voznikayushchikh pri izotermicheskoy diffuzii v vertikal’nykh kanalakh v trekhkomponentnykh gazovykh smesyakh. [Numerical analysis of convective motions arising from isothermal diffusion in vertical channels in three-component gas mixtures]", News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan - physico-mathematical series 5(2017), 134-142 [in Russian].
[12] Kosov V.N., Fedorenko O.V., Zhakebayev D.B., Kizbayev A.P., "Osobennosti vozniknoveniya strukturirovannykh formirovaniy na granitse smeny rezhimov «diffuziya – kontsentratsionnaya konvektsiya» pri izotermicheskom smeshenii binarnoy smesi v ravnoy stepeni razbavlennoy tret’im komponentom [Features of the emergence of structured formations at the boundary of the change of the "diffusion - concentration convection" modes during isothermal mixing of a binary mixture equally diluted with the third component]", Teplofizika i aeromekhanika (2019), 31-40 [in Russian].
[13] T. Kru¨ger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva, E.M. Viggen, The Lattice Boltzmann Method (Switzerland: Springer International Publishing, 2017), 293.
[14] Bird B.R., Stewart W.E., Lightfoot E.V., Transport phenomenon (New York: John Wiley and Sons, Inc., 2002), 914.
[15] Guo Z., Zheng C., Shi B., "Discrete lattice effects on the forcing term in the lattice Boltzmann method", Phys. Rev. E. 65(2002), 1-6.
[16] Seta T., "Implicit temperature-correction-based immersed-boundary thermal lattice Boltzmann method for the simulation of natural convection", Phys. Rev. E. 87(2013).
