ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА НАКЛОНА НА УСТОЙЧИВОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ В БИНАРНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ Ar–N₂

NUMERICAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF INCLINATION ANGLE ON THE STABILITY OF MECHANICAL EQUILIBRIUM IN Ar–N₂ BINARY GAS MIXTURES

Аннотация

Работа посвящена численному исследованию влияния угла наклона диффузионного канала на устойчивость механического равновесия и характер массопереноса в бинарной газовой смеси Ar–N₂ в гравитационном поле. Рассматривается изотермическое смешение газов в двухколбовом аппарате, при котором потеря механического равновесия обусловлена формированием неустойчивой концентрационной стратификации плотности в процессе взаимной диффузии компонентов с различными молекулярными массами. Основной целью исследования является установление роли угла наклона канала в формировании и эволюции диффузионно-конвективных режимов массопереноса при фиксированных термобарических условиях. Численное моделирование выполнено в программном комплексе ANSYS Fluent в трёхмерной постановке с использованием уравнений переноса компонентов и модели турбулентности k–ω. Расчёты проведены для углов наклона 0°, 10°, 20° и 30°. Установлено, что увеличение угла наклона приводит к последовательному ослаблению концентрационной гравитационной конвекции вследствие уменьшения проекции ускорения свободного падения на ось канала. Это проявляется в снижении интенсивности конвективных течений, уменьшении мольной доли аргона, перешедшего в нижнюю колбу, и сглаживании временной динамики концентрационных изменений. При угле 30° система демонстрирует тенденцию к переходу в диффузионно-доминируемый режим. Полученные результаты хорошо согласуются с теоретической зависимостью критического числа Рэлея от cosφ и воспроизводят известные экспериментальные закономерности, подтверждая корректность численной модели и применимость CFD-подхода для анализа устойчивости механического равновесия в бинарных газовых смесях.