Вышедшие номера
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. 1,2
1Новосибирский 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.
  1. Y.A. Ramazanov, V.I. Kislykh, I.P. Kosyuk, N.V. Bakuleva, V.V. Shchurikhina. N. Asp. Biotechnol. Med., 87 (2007)
  2. 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
  3. 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
  4. D. Lo Jacono, M. Nazarinia, M. Br ns. Phys. Fluids, 21 (11), 111704 (2009). DOI: 10.1063/1.3265718
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. P. Yu, T.S. Lee, Y. Zeng, H.T. Low. Phys. Fluids, 19 (5), 057104 (2007). DOI: 10.1063/1.2731420
  10. I.V. Naumov, S.G. Skripkin, A.Z. Kvon, V.N. Shtern. Phys. Fluids, 35 (3), 031705 (2023). DOI: 10.1063/5.0141821
  11. S. Bashir, M. Sajid. Phys. Fluids, 34 (6), 062101 (2022). DOI: 10.1063/5.0086333
  12. V.N. Shtern. Counterflows: paradoxical fluid mechanics phenomena (Cambridge University Press, Cambridge, 2012)
  13. M.P. Escudier. Exp. Fluids, 2, 189 (1984). DOI: 10.1007/BF00571864
  14. C. Li, J. Huang, W. Fu, G. Song, Y. Chang, Z. Song. Phys. Fluids, 34 (9), 093613 (2022). DOI: 10.1063/5.0107296
  15. M. Sharma, A. Sameen. Phys. Fluids, 33 (6), 064105 (2021). DOI: 10.1063/5.0053847
  16. 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
  17. S. Fujimoto, Y. Takeda. Phys. Rev. E, 80, 015304 (2009). DOI: 10.1103/PhysRevE.80.015304
  18. P. Poesio, A. Damone, O.K. Matar. Phys. Rev. Fluids, 2, 044004 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevFluids.2.044004
  19. M.V. Tintulova, I.V. Naumov, B.R. Sharifullin, V.N. Shtern. J. Eng. Thermophys., 34, 54 (2025). DOI: 10.1134/S1810232825010059
  20. B.R. Sharifullin, I.V. Naumov. Thermophys. Aeromechan., 28 (1), 65 (2021). DOI: 10.1134/S0869864321010078