Экспериментальное исследование меридионального вихревого движения трех несмешиваемых жидкостей в цилиндрическом реакторе
Российский научный фонд, №24-19-00233
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, на основе госзадания, 126021217042-8
Тинтулова М.В.
1,2, Наумов И.В.
1,2, Шарифуллин Б.Р.
1,21Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
2Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия

Email: m.tintulova@g.nsu.ru
Поступила в редакцию: 12 ноября 2025 г.
В окончательной редакции: 9 февраля 2026 г.
Принята к печати: 9 марта 2026 г.
Выставление онлайн: 12 мая 2026 г.
В ходе изучения вихревых структур в вихревых аппаратах обнаружены необычные структуры течения. Три несмешивающиеся жидкости различной плотности заполняют открытый цилиндрический контейнер с нижним вращающимся диском. Инерциальная сила отталкивает нижнюю жидкость (L) от оси к периферии вблизи дна, создавая ее тороидальную циркуляцию, которая в свою очередь приводит в движение среднюю (M) и затем верхнюю (U) жидкости. Детально исследованы условия возникновения и эволюции двухъячеечной структуры в промежуточном слое (M). С увеличением интенсивности вращения вблизи границ разделов LM и MU развиваются противотоки, а при малой толщине M в реакторе меньшего радиуса возникает зона меридионального застоя, которая с уменьшением высоты среднего слоя занимает весь объем. В реакторе большего радиуса возникает зона, где происходит развитие второй ячейки с обратной меридиональной циркуляцией. Показано, что при переходе от L к U тангенциальная скорость затухает, а градиент затухания в каждом слое подобен затуханию в моножидкости. Таким образом, обеспечивается меридиональная циркуляция слоев жидкости M и U без прямого контакта с завихрителем. Ключевые слова: вихревая динамика, трехжидкостные системы, несмешиваемые жидкости, открытый цилиндрический реактор.
- Y.A. Ramazanov, V.I. Kislykh, I.P. Kosyuk, N.V. Bakuleva, V.V. Shchurikhina. N. Asp. Biotechnol. Med., 87 (2007)
- K.Y.S. Liow, G.A. Thouas, B.T. Tan, M.C. Thompson, K. Hourigan. IFMBE Proc., 23, 1672 (2009). DOI: 10.1007/978-3-540-92841-6_415
- K.Y.S. Liow, B.T. Tan, G.A. Thouas, M.C. Thompson. Mod. Phys. Lett. B, 23 (2), 121 (2009). DOI: 10.1142/S0217984909017893
- D. Lo Jacono, M. Nazarinia, M. Br ns. Phys. Fluids, 21 (11), 111704 (2009). DOI: 10.1063/1.3265718
- A.V. Savelyeva, A.A. Nemudraya, V.F. Podgornyi, N.V. Laburkina, Y.A. Ramazanov, A.P. Repkov, E.V. Kuligina, V.A. Richter. Biotechnol. Appl. Biochem., 64 (5), 712 (2017). DOI: 10.1002/bab.1527
- G. Nadal-Rey, D.D. McClure, J.M. Kavanagh, S. Cornelissen, D.F. Fletcher, K.V. Gernaey. Biotechnol. Adv., 46, 107660 (2021). DOI: 10.1016/j.biotechadv.2020.107660
- M. Ramezani, B. Kong, X. Gao, M.G. Olsen, R.D. Vigil. Chem. Eng. J., 279, 289 (2015). DOI: 10.1016/j.cej.2015.05.007
- I.V. Naumov, R.G. Gevorgiz, S.G. Skripkin, M.V. Tintulova, M.A. Tsoy, B.R. Sharifullin. Biotechnol. J., 18 (8), 2200644 (2023). DOI: 10.1002/biot.202200644
- P. Yu, T.S. Lee, Y. Zeng, H.T. Low. Phys. Fluids, 19 (5), 057104 (2007). DOI: 10.1063/1.2731420
- I.V. Naumov, S.G. Skripkin, A.Z. Kvon, V.N. Shtern. Phys. Fluids, 35 (3), 031705 (2023). DOI: 10.1063/5.0141821
- S. Bashir, M. Sajid. Phys. Fluids, 34 (6), 062101 (2022). DOI: 10.1063/5.0086333
- V.N. Shtern. Counterflows: paradoxical fluid mechanics phenomena (Cambridge University Press, Cambridge, 2012)
- M.P. Escudier. Exp. Fluids, 2, 189 (1984). DOI: 10.1007/BF00571864
- C. Li, J. Huang, W. Fu, G. Song, Y. Chang, Z. Song. Phys. Fluids, 34 (9), 093613 (2022). DOI: 10.1063/5.0107296
- M. Sharma, A. Sameen. Phys. Fluids, 33 (6), 064105 (2021). DOI: 10.1063/5.0053847
- J.C. Tsai, C.Y. Tao, Y.C. Sun, C.Y. Lai, K.H. Huang, W.T. Juan, J.R. Huang. Phys. Rev. E, 92 (3), 031002 (2015). DOI: 10.1103/PhysRevE.92.031002
- S. Fujimoto, Y. Takeda. Phys. Rev. E, 80, 015304 (2009). DOI: 10.1103/PhysRevE.80.015304
- P. Poesio, A. Damone, O.K. Matar. Phys. Rev. Fluids, 2, 044004 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevFluids.2.044004
- M.V. Tintulova, I.V. Naumov, B.R. Sharifullin, V.N. Shtern. J. Eng. Thermophys., 34, 54 (2025). DOI: 10.1134/S1810232825010059
- B.R. Sharifullin, I.V. Naumov. Thermophys. Aeromechan., 28 (1), 65 (2021). DOI: 10.1134/S0869864321010078