На портале Жми в науку опубликована статья, посвященная работе сотрудника ИМСС УрО РАН Елены Мошевой.

В лаборатории изучают гидродинамические неустойчивости в различных системах. Лену пригласили на задачу по изучению неустойчивостей, которые возникают в двухслойных системах жидкостей.

Как рассказывает сама Елена, "Когда я начала заниматься экспериментальной гидродинамикой, первое, что мне запало в душу, – это ее визуализация. Все эти конвективные течения, они имеют причудливую форму, и для меня как для девушки это эстетическое удовольствие – просто заниматься таким экспериментом. Это действительно красиво!

И еще было интересно, когда ты смотришь на систему и не ожидаешь, что сейчас здесь спонтанно может что-то произойти. Под влиянием внешних факторов, например, вследствие протекания химической реакции или вследствие простого теплового воздействия, в жидкости могут появляться различные конвективные структуры. Ты их там не ожидал, а они появляются!"

На самом деле в лабораторных условиях воспроизводится тот же процесс, который происходит в морях и океанах. В них существует стратификация соли: поверхностные слои более соленые, глубоководные – более пресные. Существует и стратификация тепла: приповерхностные слои более теплые, так как находятся ближе к солнцу, а глубокие – более холодные. То есть одновременно существуют два разнонаправленных градиента – солености и температуры. В силу того, что тепло и соль диффундируют с разной скоростью, которая отличается на два порядка (тепло быстрее в 100 раз), в системе развивается неустойчивость двойной диффузии. В океане в результате этих процессов возникают конвективные столбы жидкости огромного масштаба, способствующие вертикальному перемешиванию воды. А у Лены в лаборатории – пропорционально уменьшенные структуры. Появление неустойчивости двойной диффузии характерно и для реакционных систем.

Например, в простой реакции нейтрализации, протекающей по схеме А+В→С, ввиду того, что исходные реагенты и продукт реакции имеют разные скорости диффузии, также возникает неустойчивость двойной диффузии. Конвективное движение вследствие формирования неустойчивости способно интенсифицировать протекание реакции на несколько порядков.

Изучая развитие гидродинамических неустойчивостей в условиях реакции и то, как именно они влияют на скорость реакции, можно научиться ими управлять: запускать, когда нужно интенсифицировать массоперенос в системе, и подавлять, когда развитие неустойчивостей в системе нежелательно. В дальнейшем это поможет в практических вопросах. В частности, эксперименты Лены Мошевой могут быть полезны при решении вопросов об утилизации углекислого газа – главного виновника глобального потепления.

Существует несколько способов захоронения углекислоты после ее улавливания: например, захоронение в соленосных формациях, в базальтовых породах и в пластах, которые ранее содержали нефть. Процесс захоронения также сопровождается формированием неустойчивостей той же природы. Несколько научных групп по всему миру, как и Лена, изучают конвективные процессы в зоне смешивания реагирующих жидкостей.

Результатами исследований для Лены стали блестящая защита диссертации, стипендия Президента Российской Федерации для молодых ученых, осуществляющих перспективные научные исследования, приглашения на международные конференции и семинары.

Полный текст статьи доступен на портале Жми в науку

• Next