Конвективные ячейки

Система может перейти с одной так называемой термодинамической ветви на другую, которая может соответствовать совершенно другой структуре. Члены в Т ] и Ру Т — (ц Г" ),/ обусловлены присутствием конвекции в многокомпонентных системах, вызванной градиентом температуры (° — символизирует принадлежность обозначаемой величины к исходному стационарному состоянию). Если эти члены станут отрицательными, это может привести к неустойчивости стандартного состояния в покое, а именно, к установлению конвективных ячеек (хорошо известный эффект Бенара [21 ]). Конвективные ячейки, наблюдаемые за критическим порогом градиента температуры, представляют пример стационарного состояния, соответствующий самоорганизации системы, поддерживаемого тепловым потоком. [c.305]

Равновесные структуры могут образоваться и поддерживаться в ходе обратимых превращений, протекающих при незначительном отклонении от равновесия. Типичный пример равновесной структуры — кристалл. Диссипативные структуры имеют совершенно другую природу они образуются и сохраняются благодаря обмену энергией и веществом с внешней средой в неравновесных условиях. Образование ячеистой структуры при возникновении свободной конвекции (гл. 11) — характерный пример диссипативной структуры. Мы можем рассматривать конвективную ячейку как гигантскую флуктуацию, стабилизированную потоками энергии и вещества, определяемыми граничными условиями. Такие диссипативные структуры при определенных условиях могут существовать и для открытых систем с протекающими в них химическими реакциями (гл. 7, 14—16). [c.11]

Глубинные воды океанов — более холодные (около 4 С) и плотные по сравнению с вышележащей морской водой. Они просачиваются в трещины базальтовой коры и достигают источника тепла в нижележащей магматической камере. Этот массивный источник тепла нагревает воду, в результате чего она расширяется и становится менее плотной, и направляет ее снова вверх сквозь кору в огромной конвективной ячейке (рис. 2). Можно рассматривать эту конвективную ячейку как состоящую из двух частей — низкотемпературного крыла опускающейся морской воды и высокотемпературного крыла поднимающейся химически измененной морской воды. Процесс в целом называют обычно гидротермальной (горячая вода) конвекцией. [c.184]

В. Комбинированное влияние г и е. Очевидно, что если система устойчива при > 1 и е = 1 и при а 1 я = 1, она будет устойчивой при > 1 и е < 1. Подобным образом, если конвективная нестабильность возникает при < 1 и е = 1, а также при е > 1 и = 1, конвективные ячейки образуются при < 1 и е >1. Это означает, что система будет устойчивой, если массоперенос происходит из фазы с более высоким коэффициентом диффузии и более низкой кинематической вязкостью (хотя иногда может возникать осцилляторная неустойчивость), однако при переносе вещества на фазы с более низким коэффициентом диффузии и более высокой вязкостью будет возникать конвективная нестабильность. Рассмотренные результаты суммированы в табл. 6-1. Для других комбинаций е й г никаких заведомых предсказаний не может быть сделано. [c.213]

Из (4.5) следует, что скорость массопередачи может увеличиться с увеличением абсолютной величины локальных градиентов поверхностного натяжения вдоль отдельной конвективной ячейки и с уменьшением ее линейных размеров. Анализ, выполненный в работе [120], не учитывает вклада гиббсовской адсорбции в баланс касательных напряжений по поверхности раздела фаз этот эффект учтен в работах [121, 122]. [c.97]

Структура критерия Марангони Ма определяется из анализа уравнения конвективной диффузии и соответствующих граничных условий и в общем случае выражает, как видно из (4.6), отношение капиллярных сил к силам вязкости. Однако в качестве характерного линейного размера разные авторы используют различные величины приведенную толщину пленки 108, 123], размер конвективной ячейки [190], длину пленки 121], толщину диффузионного пограничного слоя для невозмущенного течения [124]. По-видимому, использование Ож является наиболее верным. В этом случае критерий Марангони можно представить в виде [c.97]

Модель включает неизвестные параметры Л, /С и К, в общем случае зависящие от продольной координаты. Для оценки указанных параметров использованы самые упрощенные представления. При условии, что v=10 2 м / , у=1 г/см Оа = = 2-10 м / , №=100 см/с, К = К, масштаб конвективной ячейки 10 см (оценка по данным экспериментальной работы [ПО]), получено ао = 2,5, Л = 1,57-10 для Ло=10- Н/м и 0 = 25, Л = 10 для До=10 Н/м соответственно ускоряющий фактор, обусловленный поверхностной конвекцией, равен 3,25 и 6, что неплохо согласуется с экспериментальными данными П. Бриана [140] для физической абсорбции и хемосорбции и данными В. Кларка [141] для физической абсорбции. Оценка ускорения в значительной степени приблизительна тем не менее один из результатов расчета по указанной модели весьма интересен очень малые значения До могут привести к заметному ускорению массопередачи. [c.102]

Разноименно направленные струи и вихревые образования в поверхностных течениях, мощные глубинные течения и круговороты, конвективные ячейки, вихревая циркуляция и мутьевые потоки — все эти формы перемешивания массы океанских вод весьма благоприятствуют равномерно.му распределению растворенных и взвешенных в ких венгеств, что чрезвычайно важно для обитателей Мирового океана. [c.63]

В условиях стандартной задачи Рэлея-Бенара конвективные ячейки заполняют собой всю толщину слоя, а их горизонтальный размер сравним с вертикальным. Между тем, в астрофизике и геофизике часто встречаются иные ситуации конвективные ячейки могут быть заключены лишь в части толщины слоя. Например, мелкомасштабные (и в плане, и по вертикали) ячейки могут быть локализованы в тонком приповерхностном подслое. Более того, в некоторых случаях мелкомасштабные движения сосуществуют с обычными крупномасштабными — такими, характерный вертикальный масштаб которых определяется толщиной слоя. [c.193]

I — Z (см. рис. 58, а). Иными словами, эта мода описывает конвективные ячейки, которые занимают по высоте меньше четверти толщины слоя. [c.204]

Полученные результаты показывают, насколько вольными являются обычные допущения теории пути перемешивания — что этот путь равен локальной высоте однородной атмосферы (шкале плотности) или, скажем, ее двукратной величине. Если существуют конвективные ячейки, то с путем перемешивания следует отождествить их вертикальный размер, а он определяется особенностями распределения различных параметров и прямо со шкалой плотности не связан. [c.212]

Относительно раствора соли в воде отметим, что молекулярный коэффициент диффузии соли D намного меньше молекулярного коэффициента температуропроводности а. Число Льюиса D/a составляет примерно 100. Такое большое отличие между интенсивностью переноса тепла и интенсивностью диффузии соли приводит к тому, что эти процессы почти не зависимы, и перенос тепла ограничивается ячейкой, расположенной над цилиндром и вокруг него. Об этом свидетельствуют представленные на рис. 6.9.2—6.9.4 теплеровские фотографии развития области переноса в виде конвективной ячейки во времени, полученные при типичных значениях 5 = 0,6, 1,4 и 2,2. Можно видеть, что вертикальный размер ячейки существенно зависит от S. Он возрастает при увеличении S, поскольку сравнительно большая выталкивающая сила, обусловленная разностью температур, может поднять жидкость выше. Это подтверждается и представленными на рис. 6.9.5 зависимостями [c.417]

Рис. 6.9.3. Развитие конвективной ячейки около нагретого горизонтального цилиндра в стратифицированной по солености воде при 3 = 1,4. (С разрешения авторов работы [41]. 1974, Stanford Univ. Press.)

Непосредственно измерить максимальную температуру, до которой нагревается вода в базальтовой коре, невозможно. Однако горячие источники гидротермальной воды выходят из морского ложа на вершине конвективной ячейки. В результате протекания химических реакций между конвективными водами и базальтовой корой (затененная область на рис. 2) такие воды, будучи подкисленными (типичный pH 5-7) и обогащенными растворенными переходными металлами [железом (Ре), марганцем (Мп), свинцом (РЬ), цинком (2п) и медью (Си)] и сульфидами водорода, быстро осаждают облако сульфидов железа, цинка, свинца и меди, а также оксидов железа при инъекции в холодные кислородсодержащие глубинные воды. Такой сульфидный плюм частиц ясно обозначает местоположение горячих источников и положил начало названию — черные курильщики (рис. 3). [c.184]

Другое важное наблюдение Линде [41] состоит в том, что имеются конвективные ячейки, отличающиеся различным направленнедг потоков. Они были названы Р-ячейками (когда вещество из глубины фазы транспортировалось на поверхность раздела фаз по периферии ячейки) и С-ячейками (когда вещество передавалось в центр ячейки). Большие, первоначально круглые, Р-ячейки (фото 6.8) отделены друг от друга потоками жидкости, движущейся из глубины фазы. Увеличиваясь в размере, они приобретают полигональную структуру (обычно гексагональную), п перестройка пз круглой к полигональной структуре может привести к образованию С-ячеек. [c.233]

Линде также наблюдал упорядоченные л(ежфазные потоки в горизонтальных прямоточных контакторах [41] и на поверхности капель [42]. В первом случае алкилсульфат натрия переносился из изоамилового спирта в воду. Ширина контактора 2 см. толщина каждой фазы 1 см. При средней скорости потока 0,2 см/с осцилля-торные ячейки были видны на входе в контактор. Они увеличивались в размер по мере продвижения, переходя в конвективные ячейки и затем в круговые цилиндры. При скорости выше 1 см/с нестабильность не отмечалась. [c.235]

Межфазная конвекция на поверхности капель. легко наблюдается в системе вода — диэтиловый эфир. Показатели преломления э 1их жидкостей отличаются только на 0,019, поэтому эффект кривизны капли в значительной степени исчезает. При переносе к-бутанола из воды в эфир конвективные ячейки появляются при концентрации 0,04%. Они образуют вокруг капли полосу, которая затем расширяется и при начальной концентрации 0,16% покрывает всю поверхность капли (фото 6.9). При концентрации 0,4"о расширяющиеся движения с длинным периодом появляются совместно с конвективными ячейками и при концентрации 0,8% кластеры конвективных ячеек периодически возиикают у основания капли и медленно перемещаются к ее вершине (фото 6.10). При более высоких концентрациях становится заметной эрупция (фото 6.11). Подобное явление наблюдалось и на падающих каплях. [c.235]

Исследовалась массопередача уксусной кислоты в системах этиленгликоль — этилацетат, вода — изобутиловьп спирт и вода — этилацетат. Прп определенной величине возмущений наблюдались псевдостационарные полигональные конвективные ячейки. Этот тип межфазных явлений был назван микромасштабным межфазным движением в отличие от макромасштабного, под которым Беккер ы др. понимали движение, обусловленное потоками и геометрией межфазной новерхности. Средняя площадь ячейки возрастает во времени, причем ячейки большого размера растут за счет меньших. Для систем гликоль — ацетат и вода — изобутиловый эфир соотношение между средней площадью и временем было найдено линейным при массопередаче из гликоля или изобутилового спирта. Это означает, что линейный размер ячейки нропорционален корню квадратному из времени. Определяя глубину проникновения в случае молекулярной диффузии как было показано, что поря- [c.236]

Е. Рукенштейн [137—139] предпринял попытку дать рекомендации по расчету ускорения массопередачи в результате поверхностной конвекции в условиях вынужденной конвекции. Предложена двумерная модель конвективных ячеек, в соответствии с которой элементы жидкости участвуют в поступательном движении со средней скоростью м и в циркуляционном движении в конвективной ячейке. Для компонент скорости приняты соотношения [c.101]

Приведенные данные позволяют дать количественную оценку величины йа/йх, по достижении которой может быть обнаружено экспериментально увеличение массопередачи, вызванное поверхностной конвекцией. Эта величина составляет 0,5-10 —0,7-10 Н/м и неплохо согласуется с величиной, приводимой Е. Рукенштейном [137]. Последний при обработке опытных данных П. Бриана [140] принял, что в пределах предполагаемого размера конвективной ячейки (Ю см) продольное изменение а составляет 10 —10 Н/м, т. е. йа1с1х= = 10-2—10-1 Н/м2. [c.119]

Концентрация передаваемого компонента в газе. С увеличением Ар, как следует из (4.36) и (4.37), р должен увеличиваться, что подтверждается опытными данными (рис. 4.23) для различных колонн и различных хемосорбеитов функция Рж(Лг) носит степенной характер, причем показатель степени близок к 0,5. Опытные данные на рис. 4.23 относятся (по крайней мере, при Лг 10%) к области, в которой перенос вещества определяется интенсивностью поверхностной конвекции. Об этом можно судить по характеру зависимости р от Da (см. рис. 4.9). По-видимому, при значительном увеличении Лр (например, вследствие повышения давления) следует ожидать ослабления зависимости от Лр. В этом случае реакция будет смещаться в зону, в которую не проникают конвективные ячейки или интенсивность их циркуляции мала. [c.134]

Еоторов задается размером конвективной ячейки, возникают резкие градиенты концентрации. [c.86]

На протяженных межфазных поверхностях существуют два типа гидродинамического поведения циркуляционных ячеек в течение интервала времени, в котором концентрации на внешних границах соответствующих частей системы остаются практически постоянными. В первом случае циркуляционные ячейки (так называемого первого порядка) не являотся покоящимися и движутся вдоль поверхности совместно с обоими пограничными слоями, формируя в результате конвективные ячейки больших размеров (второго порядка), которые в свою очередь движутся тем же способом и образуют покоящиеся циркуляционные ячейки значительно большего масштаба (третьего порядка). Таким образом, возникает иерархия структур и подструк- [c.86]

Особым примером проявления ячеечной неустойчивости является ее воздействие на коэффициент сопротивления при подъеме или падении капель в жвдкой среде. Поскольку поверхностные движения в соседних конвективных ячейках имеют противоположные направления, они стремятся сделать межфазную поверхность неподвижной в том смысле, что они препятствуют проникновению внешних сдвиговых напряжений внутрь капель и возбуждению внутренних циркуляций типа Адамара — Рыбчинского. В результате коэффициент сопротивления при неустойчивом направлении массопереноса оказывается почти в два раза больше, чем при устойчивом направлении, для соответствующего диапазона чисел Рейнольдса [15]. Вследствие отклонения формы капель от сферической этот коэффициент также больше соответствующего коэ ициеита лля твердых шариков. [c.203]

О естественной конвекции в горизонтальной трубе, по которой в осевом направлении течет электрический ток (рис. 5). Для центральной части трубы уравнения, описывающие процесс, являются такими же, как и для вертикальных пластин при С = 0 электромагнитное поле идентично полю бесконечно длинного цилиндрического проводника. И в этой задаче он использовал степенные ряды и нащел, что приближение нулевого порядка дает такое же распределение температуры и магнитного поля, какоеполучает-ся в классической задаче оджо-улевом нагреве длинной цилиндрической проволоки. Однако наличие температурных градиентов в жидкости вызывает ее неравномерное движение, как это показано на рис. 5, ЧТО сказывается на распределении плотности тока и магнитного поля. По мере увеличения % образуются конвективные ячейки, причем и в изотермическом случае мон ет существовать течение, направленное вверх в центральной части канала и вниз у его боковых стенок. Автор не исследовал устойчивость такого течения. Следует также отметить, что в этой задаче электрострикционные силы могут быть весьма существенными (см. раздел П1,А). [c.28]

Варианты постановки этой задачи рассматривали Ринтел [294], Огу-ра и Кондо [295], Вайтхед и Чен [292]. В частности, Огура и Кондо проанализировали различные случаи, когда верхняя — устойчивая — область имеет конечную или бесконечную глубину. Они подробно исследовали зависимость критических значений параметров и структуры течений от отношения толщин устойчивого и неустойчивого подслоя и от отношения температурных градиентов в этих слоях. Оказалось, что при умеренных значениях отношения фадиентов по мере роста толщины устойчивого слоя возрастает число узлов собственной функции fi(z), описывающей профиль вертикальной компоненты скорости. Это означает, что в достаточно толстых слоях над каждой конвективной ячейкой, порожденной неустойчивостью нижнего подслоя, образуется одна или больше дополнительных ячеек, которые имеют то же волновое число, что и первичная ячейка. Дополнительные ячейки, обычно называемые про-тивоячейками, создаются первичными ячейками при посредстве вязких сил, которые увлекают жидкость, находящуюся выше. Поэтому в последовательности расположенных друг над другом ячеек направления циркуляции жидкости чередуются. [c.199]

Собственная функция /1 (z) представляет профиль вертикальной компоненты скорости Vz(z) для нейфального возмущения. Было показано, что при 7 > 1, h <С I и больших к эти нормальные моды соответствуют конвективным ячейкам, у которых мал не только горизонтальный масштаб, но и вертикальный. Течения, таким образом, локализованы в пределах относительно тонкого подслоя вблизи z = I. Тем не менее, при числе Рэлея, равном критическому, могут существовать только крупномасштабные ячейки. [c.202]

Один из принципиальных вопросов здесь — расщепление масштабного спектра структур, или типичных элементов поля конвективных скоростей. На Солнце наблюдаются по меньшей мере четыре типа образований, которые могут трактоваться как конвективные ячейки — гранулы, мезогранулы, супергранулы и гигантские структуры. Их характерные размеры — соответственно 10 км, несколько тыс. км, 3 10 км и 3 10 Известно, что вертикальные и горизонтальные размеры конвективной ячейки, как правило, бывают одного порядка. По сравнению с толщиной конвективной зоны, оцениваемой примерно в 2 10 км, все упомянутые ячейки, кроме гигантских структур, являются мелкомасштабными и должны быть сконцентрированы в сравнительно тонком приповерхностном слое. Но долгое время не удавалось отыскать таких условий, при которых в слое, конвективно неустойчивом сверху донизу, могут развиваться течения, не охватывающие всей его толщины. Поэтому представления о локализации различных типов ячеек были чисто феноменологическими и обосновывались лишь негативным утверждением ячейка, имеющая небольшой размер в плане, не может простираться по вертикали на глубину, гораздо больщую этого размера. [c.211]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология