Тепловая конвекция коллоидной суспензий

Изучена нелинейная эволюция и получены характеристики различных конвективных режимов, возникающих и существующих в коллоидной бинарной смеси при учете конвективного перемешивания и отрицательной термодиффузии: переходных колебательных режимов и режимов модулированных бегущих волн. Доказано, что режимы бегущих волн возникают благодаря неоднородности концентрации вблизи вертикальных границ полости. Установлена зависимость критического числа Рэлея на границе существования устойчивого режима бегущих волн от длины замкнутой полости. Определены масштабы пространственных гармоник, характеризующих возникающие бегущие волны. Обнаружено, что при небольшом наклоне горизонтальной ячейки, заполненной коллоидной суспензией, наблюдается множество колебательных режимов. Проанализирована пространственно-временная структура бегущей волны в коллоидной жидкости, подогреваемой снизу. Получены зависимости амплитуд пространственных гармоник от времени для различных конвективных режимов, порога устойчивости течения - от размеров полости. Показано, что увеличение длины ячейки приводит к повышению критического числа Рэлея, характеризующего предел устойчивости. Проведен бифуркационный анализ конвективных течений суспензии в замкнутой наклонной ячейке. Изучены как стационарные, так и переходные режимы течений коллоидной суспензии в замкнутой наклонной ячейке. Определены характерные особенности течений коллоидных суспензий, возникающих под действием термодиффузии и гравитационной стратификации в горизонтальной и наклонной ячейках. В случае наклонной ячейки проведена классификация волновых режимов течения. Выполнено исследование устойчивости состояния механического равновесия коллоидной суспензии, обладающей большой положительной термодиффузией при подогреве сверху. При большой интенсивности оседания примеси пороговое течение является коротковолновым и стационарным. Выявлена зависимость предела устойчивости механического равновесия от параметров задачи, таких как гравитационная стратификация и термодиффузия. Изучена конвекция коллоидной суспензии при подогреве сбоку. Обнаружено, что при продольном градиенте температуры возможно слабое конвективное течение, перераспределяющее примесь таким образом, что итоговый градиент плотности, обусловленный тепловым и концентрационным расширениями, является практически вертикальными. Ввиду слабости течения конвективный теплоперенос через слой отсутствует. Проведено исследование конвективного течения в коллоидной суспензии в ячейке Хеле - Шоу с учетом термодиффузии и седиментации частиц примеси. Обнаружено существование конвективных режимов бегущих волн, которые ранее наблюдались в плоском бесконечном слое. При положительной термодиффузии исследованы колебательные режимы конвекции.