Тип публикации: диссертация
Год издания: 2021
Ключевые слова: численное моделирование, гидродинамическая устойчивость, разделение смесей, эффект Соре, процессы тепло- и массообмена, термодиффузионная колонна
Аннотация: Объектом исследования в данной работе являются процессы переноса тепла и массы в жидких смесях, такие как диффузия (смешивание) и термодиффузии (эффект Соре – разделением смеси под действием градиента температуры). Основная цель диссертации – теоретическое исследование движения и разделения многокомпонентных смесей в цилиндрическойПоказать полностьютермодиффузионной колонне, а также исследование зависимости коэффициентов диффузии многокомпонентных смесей от выбора системы отсчета. Для исследования термодиффузионного разделения смесей применены методы механики сплошных сред и теории дифференциальных уравнений в частных производных, в частности, уравнения Навье-Стокса, дополненные уравнениями баланса тепла и массы. Численные расчеты выполнены в программе ANSYS Fluent на основе экспериментальных данных, полученных в лабораториях университетов Мондрагон (Испания), Брюсселя (Бельгия) и в ходе экспериментов на Международной космической станции. Для анализа коэффициентов диффузии тройных смесей применен алгебраический алгоритм преобразования, основанный на связи между молярным и массовым диффузионными потоками, а также массовой, молярной, объемной долями и молярной концентрацией компонентов. Новизна и интерес диссертационной работы заключаются в том, что впервые построено теоретическое описание разделения многокомпонентных смесей под действием термодиффузии в цилиндрической колонне с учетом влияния отношения радиусов цилиндров на конвективное течение и разделение смеси. Кроме того, впервые теоретически проанализировано разделение бинарной смеси с аномальным эффектом Соре в цилиндрической колонне, для которой экспериментальные наблюдения показали устойчивое конвективное движение смеси. Анализ зависимости коэффициентов диффузии тройных смесей от выбора системы отсчета также выполнен впервые. Полученные результаты вносят вклад в теорию явлений переноса и конвективной устойчивости многокомпонентных смесей, в теоретические основы экспериментальных методов измерений коэффициентов диффузии и термодиффузии, что позволяет их применять при проектировании экспериментальных установок. Методика расчета коэффициентов диффузии тройных смесей в различных системах отсчета позволяет проводить дополнительную проверку корректности экспериментальных измерений.