Моделирование концентрационной конвекции при различных давлениях и составах трехкомпонентной газовой смеси

Abstract

В данной статье рассматривается математическое и компьютерное моделирование влияния давления и состава трехкомпонентной газовой смеси на концентрационную конвекцию на основе решения системы уравнений Навье-Стокса, уравнения неразрывности и уравнений для концентрации компонентов трехкомпонентной газовой смеси. Исследуется процесс, когда тяжелый газ и легкий газ находятся в верхней части ограниченной полости формы параллелепипеда, а средний газ находится в нижней части. Численные расчеты были проведены для систем 0.55Ar+0.45He-N2, 0.66Ar+0.34He-N2, 0.55CO2+0.45He-N2 на равномерной прямоугольной сетке. В виде рисунков была представлена динамика изменения концентраций аргона и диоксида углерода для этих систем при различных значениях давления. Результаты численного исследования получены с помощью 3D численного алгоритма, осуществленного на базе D3Q27 модели метода решеточных уравнений Больцмана (LBM) в аппроксимации Батнагара-Гросса-Крука (BGK). Проведенные расчеты показывают, что в трехкомпонентных газовых смесях при определенных давлениях и составах возможен сложный массоперенос, связанный с возникновением конвективных возмущений. Для проверки численного алгоритма, результаты, полученные в данной статье, были сравнены с результатами, полученными экспериментальным путем, и показали хорошее согласование.

Keywords

• диффузия
• концентрационная конвекция
• давление
• неустойчивость
• решеточный метод больцмана