Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-2-246-258
Ключевые слова: evaporative convection, binary mixture, thermal diffusion equations, boundary conditions, thermocapillary effect, evaporation mass flow rate, испарительная конвекция, бинарная смесь, уравнения термодиффузии, граничные условия, термокапиллярный эффект, интенсивность испарения
Аннотация: В работе рассматривается математическая модель конвективного течения в горизонтальном канале с испарением на границе раздела бинарной жидкости и газопаровой смеси, выведенная на основе уравнений Навье – Стокса в приближении Обербека – Буссинеска с учетом эффекта термодиффузии. С помощью построенного точного решения уравнений, описыПоказать полностьювающих течение, проводится апробация различных типов граничных условий для температуры на стенках канала, внутри которого находится двухслойная система сред с фазовым переходом. В качестве граничных условий может рассматриваться нагрев обеих стенок, теплоизоляция обеих стенок или комбинация этих условий. Учитывается разный характер зависимости (линейная и квадратичная) поверхностного натяжения от концентрации одного из компонентов в жидком слое. Изучено, какие из исследуемых постановок задач имеет смысл обсуждать с точки зрения анализа процесса испарения. На примере рассчитанных характеристик течения в системе «70%-й водный раствор этанола — смесь паров этанола и азота» показано, что построенное решение адекватно отражает основные признаки процесса испарения: связь скорости испарения с тепловой нагрузкой стенки канала и расходом спутного потока газа. Проведено качественное сравнение с имеющимися экспериментальными данными. A mathematical model of convective flow in a horizontal channel with evaporation at the interface between a binary liquid and a gas-vapor mixture, derived on the basis of the Navier – Stokes equations in the Oberbeck – Boussinesq approximation taking into account thermal diffusion effect is under consideration. Using the constructed exact solution of the governing equations, various types of boundary conditions for the temperature on the walls of the channel, inside which the two-layer system of media with a phase transition is located, are tested. The boundary conditions can be the following: heating of the both walls, thermal insulation of the both walls, or a combination of these conditions. The different nature of the dependence (linear and quadratic) of surface tension on the concentration of one components is taken into account. It has been studied which of the problem statements under consideration make sense to discuss from the point of view of analyzing the evaporation process. The application of the constructed solution for description of the flow in the system «70% aqueous solution of ethanol — a mixture of ethanol vapor and nitrogen» shows that the solution adequately reflects the main characteristics of the process: the relationship of the evaporation mass flow rate with the thermal load of the channel wall and flow rate of co-current gas. A qualitative comparison with available experimental data is provided.
Журнал: Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика
Выпуск журнала: Т. 25, № 2
Номера страниц: 246-258
ISSN журнала: 18169791
Место издания: Саратов
Издатель: Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского