Control de la quimoconvección en una ranura rectangular al cambiar su orientación espacial
Autores: Mosheva, Elena; Siraev, Ramil; Bratsun, Dmitry
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Control de la quimoconvección en una ranura rectangular al cambiar su orientación espacial
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Sistema miscible de dos capas
Patrón de onda de choque de densidad
Quimoconvección
Orientación espacial
Reacción de neutralización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Recientemente, descubrimos que un sistema miscible de dos capas colocado en un reactor de losa vertical muestra la aparición de un patrón similar a una onda de choque de densidad. Esta onda se asemeja a un bore turbulento que separa un fluido inmóvil de un área de intensa mezcla. Se aleja del núcleo convectivo del sistema y depende en gran medida de la intensidad de una quimio-convección dependiente de la gravedad en el flujo concurrente. La novedad de este trabajo es que demostramos que el cambio en el ángulo entre la gravedad y la dirección de la onda permite controlar la intensidad de la quimio-convección y, en consecuencia, la tasa de una reacción espacialmente extendida. Estudiamos tanto experimental como numéricamente el efecto de la orientación espacial de un reactor de losa en un campo gravitacional sobre una estructura de flujo inducida por una reacción de neutralización. En los experimentos, utilizamos mezclas acuosas de ácido nítrico y hidróxido de sodio. Aplicamos la interferometría de Fizeau para visualizar el flujo y utilizamos el método PIV para medir la velocidad del fluido. El modelo matemático incluye ecuaciones de reacción-difusión-convección que describen flujos en 3D. Estudiamos las modificaciones del flujo con un cambio en el ángulo de inclinación de 0 a 90 grados. A pequeños ángulos (hasta 30), el flujo concurrente se vuelve espacialmente heterogéneo, y los campos de sal y ácido están separados. Si la inclinación supera los 50 grados, el frente de onda se deforma y la onda se rompe, lo que resulta en una disminución brusca de la tasa de reacción.
Descripción
Recientemente, descubrimos que un sistema miscible de dos capas colocado en un reactor de losa vertical muestra la aparición de un patrón similar a una onda de choque de densidad. Esta onda se asemeja a un bore turbulento que separa un fluido inmóvil de un área de intensa mezcla. Se aleja del núcleo convectivo del sistema y depende en gran medida de la intensidad de una quimio-convección dependiente de la gravedad en el flujo concurrente. La novedad de este trabajo es que demostramos que el cambio en el ángulo entre la gravedad y la dirección de la onda permite controlar la intensidad de la quimio-convección y, en consecuencia, la tasa de una reacción espacialmente extendida. Estudiamos tanto experimental como numéricamente el efecto de la orientación espacial de un reactor de losa en un campo gravitacional sobre una estructura de flujo inducida por una reacción de neutralización. En los experimentos, utilizamos mezclas acuosas de ácido nítrico y hidróxido de sodio. Aplicamos la interferometría de Fizeau para visualizar el flujo y utilizamos el método PIV para medir la velocidad del fluido. El modelo matemático incluye ecuaciones de reacción-difusión-convección que describen flujos en 3D. Estudiamos las modificaciones del flujo con un cambio en el ángulo de inclinación de 0 a 90 grados. A pequeños ángulos (hasta 30), el flujo concurrente se vuelve espacialmente heterogéneo, y los campos de sal y ácido están separados. Si la inclinación supera los 50 grados, el frente de onda se deforma y la onda se rompe, lo que resulta en una disminución brusca de la tasa de reacción.