Анализ возникновения конвекции при диффузионном смешивании в трехкомпонентных газовых смесях с добавлением пропана (на английском языке & перевод)

PDF файл (Скачать)

МРНТИ 29.17.15
N1-2025
https://doi.org/10.53939/1560-5655_2025_1_134

Молдабекова М.С., Асембаева М.К., Мукамеденкызы В., Серик З., Поярков И.В.

Аннотация. Диффузионные процессы в газах играют важную роль во многих
областях химической технологии, аэродинамики, астрофизики и прикладной
физики. Изучение диффузионных явлений в многокомпонентных газовых
смесях при различных давлениях и температурах позволяет понять механиз-
мы массообмена между компонентами и их влияние на конечные продукты
разделения. Это исследование направлено на описание особенностей диф-
фузионного перемешивания газов при переходе от молекулярной диффузии
к области концентрационной гравитационной конвекции. Это исследование
направлено на изучение процессов диффузионного и конвективного переме-
шивания в смесях из трехкомпонентных газов.
Результаты исследования показали, что конвективные потоки значительно
превосходят молекулярную диффузию. Применен двухколесный метод, про-
анализировано диффузионное смешение смесей трехкомпонентных газов и
показано формирование конвекции концентраций в канале диффузионных
ячеек в гравитационном поле. Были предложены математические модели,
описывающие диффузию и конвективное вмешательство при различных
давлениях и начальных концентрациях. Кроме того, результаты исследова-
ния, выявившие зависимость конвективных потоков от давления и темпера-
туры в системе Гелий-пропан-метан, подтвердили нарушение механического
равновесия. Рассмотрены случаи возникновения диффузионной устойчиво-
сти в системах Пропан-водород-углекислый газ и пропан-гелий-углекислый
газ. Результаты показывают влияние термодинамических параметров на об-
разование диффузионных и конвективных потоков. Исследование доказыва-
ет возможность молекулярного и конвекционного перемешивания в газовых
смесях, содержащих компоненты аналогичной плотности.
Ключевые слова: диффузия, газы, смеси, конвекция, концентрация

Список литературы/References
1 Zhavrin Y.I., Kosov N.D., Kulzhanov D.U., Fedorenko O.V. Experimental Methods
for Studying Diffusion and Concentration Gravitational Convection Caused
by Mechanical Equilibrium Instability in Multicomponent Gas Mixtures – Moscow,
2015. – 172 p.
2 P. E. Druet. A theory of generalized solutions for ideal gas mixtures with Maxwell-
Stefan diffusion // Discrete and continuous: Dynamical systems series S Vol.
14, No 11, 2021. pp. 4035–4067 doi:10.3934/dcdss.2020458.
3 Kossov V., Fedorenko O., Asembaeva M., Mukamedenkyzy V., Moldabekova
M. Intensification of the separation of isothermal ternary gas mixtures containing
carbon dioxide // Chem. Eng. Technol. – 2021. –Vol. 44, No. 11. – P. 2034 – 2040.
DOI:10.1002/ceat.202100241.
4 Moldabekova M.S., Asembaeva M.K., Krasikov S.A., Nurtay G.F. Features of
diffusion and convective mixing in mixtures containing hydrocarbons// Journal of
Physics: Conference Series, 2020, 1565(1), 012063 (free access).
5 Kossov V.N., Krasikov S.A., Fedorenko O.V., Zhakebaev D.B., Asembaeva M.K.
Experimental and numerical study of the peculiarities of multicomponent gas mixture
separation under natural gravity convection // Proceedings of the International
Conference «Modern Problems of Thermophysics and Energy» (Moscow,
October 9-11, 2017): in 2 volumes. Vol. 1. – Moscow: Publishing House of MPEI,
2017. – pp. 228-230.
6 Moldabekova M.S., Krasikov S.A., Asembaeva M.K., Fedorenko O.V. Modeling
the Separation of a Gas Mixture into Components Depending on Pressure //
Proceedings of the International Scientific Conference Dedicated to the 80th Anniversary
of Academician of the National Academy of Sciences of the Republic of
Kazakhstan Abdildin M.M. Abdildin Readings: Current Issues of Modern Physics.
April 12-15, Almaty / Edited by M.E. Abishev. – Almaty: Kazakh University, 2018.
– pp. 234-238.
7 Zhavrin Y.I., Moldabekova M.S., Asembaeva M.K., Mukamedenkzy V., Nurmukhanova
A.Z. Study of the Diffusion Process for a Mixture of Some Hydrocarbon
Gases in Hydrogen // Bulletin of KazNITU, No. 1 (125). – Almaty: Satbayev
University (KazNITU named after K.I. Satbayev), January 2018. – pp. 316-322.
8 Moldabekova M.S., Asembaeva M.K. Experimental Investigation of the Effect of
Pressure on Separation of a Carbon Dioxide-Containing Gaseous Mixture // Journal
of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, 92(4), p. 872–876.
9 Kossov V., Fedorenko O., Asembaeva M., Mukamedenkyzy V., Moldabekova
M. Intensification of the Separation of Isothermal Ternary Gas Mixtures Containing
Carbon Dioxide // Chemical Engineering and Technology, 2021, 44(11), pp.
2034–2040.
10 Kosov V.N., Fedorenko O.V., Asembaeva M.K., Mukamedenkyzy V. Changing
Diffusion-Convection Modes in Ternary Mixtures with a Diluent Gas// Theoretical
Foundations of Chemical Engineering, 2020, 54(2), pp. 289–296.

Авторлар туралы мәліметтер
Молдабекова Майра Саметовна – Педагогика ғылымдарының докто-
ры, термофизика және техникалық физика кафедрасының профессоры,
Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан,
mairamold@mail.ru
Мукамеденқызы Венера – физика-математика ғылымдарының кандидаты,
қауымдастырылған профессор Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық универ-
ситеті, Алматы қ., Қазақстан, mukameden@inbox.ru
Асембаева Мансия Кабыловна – физика-математика ғылымдарының кан-
дидаты, қауымдастырылған профессор Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық
университеті, Алматы қ., Қазақстан, m.asembaeva@physics.kz
Поярков Игорь Викторович – физика-математика ғылымдарының докто-
ры, доцент, Мәскеу мемлекеттік құрылыс университеті, Мәскеу қ., Ресей,
PoyarkovIV@mgsu.ru
Серiк Зулина – докторант, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті,
Алматы қ., Қазақстан, serik.zulina@mail.ru

Сведения об авторах
Молдабекова Майра Саметовна – доктор педагогических наук, профессор
кафедры теплофизики и технической физики, Казахский Национальный
университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, mairamold@mail.ru
Мукамеденкызы Венера – кандидат физико-математических наук,
ассоциированный профессор, Казахский национальный университет имени
аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, mukameden@inbox.ru
Асембаева Мансия Кабыловна – кандидат физико-математических наук,
ассоциированный профессор, Казахский национальный университет имени
аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, m.asembaeva@physics.kz
Поярков Игорь Викторович – доктор физико-математических наук, доцент,
Московский Государственный строительный университет г. Москва, Россия,
PoyarkovIV@mgsu.ru
Серик Зулина – докторант, Казахский Национальный университет имени
аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан, serik.zulina@mail.ru

Information about the authors
Moldabekova Mayra Sametovna – Doctor of Pedagogical Sciences, Professor
of the Department of Thermophysics and Technical Physics, Al-Farabi Kazakh
National University, Almaty c., Kazakhstan, mairamold@mail.ru
Mukamedenkyzy Venera – Candidate of Physical and Mathematical Sciences,
Associate Professor, Al-Farabi Kazakh National University, Almaty с., Kazakhstan,
mukameden@inbox.ru
Asembaeva Mansia Kabylovna – Candidate of Physical and Mathematical
Sciences, Associate Professor, Al-Farabi Kazakh National University, Almaty с.,
Kazakhstan, m.asembaeva@physics.kz
Poyarkov Igor Viktorovich – Doctor of Physical and Mathematical Sciences,
Associate Professor, Moscow State University of Civil Engineering, Moscow с.,
Russia, PoyarkovIV@mgsu.ru
Serik Zulina – doctoral student, Al-Farabi Kazakh National University, Almaty с.,
Kazakhstan, serik.zulina@mail.ru