Устойчивость механического равновесия в неидеальных газовых смесях

Аннотация

Для описания явлений, обусловленных пространственной неоднородностью плотности, а также процессов очистки природного газа, разделения и обогащения газовых смесей определенными компонентами необходимо учитывать не только диффузионные процессы, но и конвективные течения, возникающие при наличии градиента концентрации. При определенных условиях в многокомпонентных газовых смесях возможно нарушение устойчивости механического равновесия, т.е. в рассматриваемых системах реализуется переход от устойчивого диффузионного процесса к конвективному. Использование линейного анализа на устойчивость позволяет на плоскости парциальных чисел Рэлея определить границу перехода диффузионного процесса на конвективный, а также значения теплофизических и геометрических характеристик, при которых этот переход возможен. При использовании данного подхода для описания экспериментальных данных, полученных для газовых систем, содержащих компоненты с ярко выраженными неидеальными свойствами, наблюдаются расхождения. Поэтому целью данной работы является разработка методики определения границы потери устойчивости механического равновесия в неидеальных газовых смесях. Для достижения поставленной цели в математической модели, описывающей смену режимов, используется уравнение состояния в вириальной форме. На основе разработанного подхода для систем C₃H₈ + CO₂ – N₂O и C₃H₈ + N₂O – CO₂ получены карты устойчивости. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными показало, что предложенная методика может быть использована для определения условий смены режимов смешения в трехкомпонентных газовых смесях, содержащих компоненты с реальными свойствами.