[:ru]Цель проекта состоит в численном моделировании смешения в смесях, содержащих СО₂ (и другие газы), в режиме конвективной неустойчивости и начальной стадии образования структурированных формирований, преимущественно состоящих из компонентов с наибольшим молекулярным весом; экспериментальном и численном исследовании многокомпонентного смешения при различных модельных условиях; установлении закономерностей эффектов разделения многокомпонентных систем.
Основными задачами проекта являются:

1. Модификация теоретической модели конвективной устойчивости для случая тройных изотермических газовых систем, содержащих компонент с реальными свойствами (двуокись углерода, фреон и другие парниковые газы). Моделирование концентрационных распределений компонентов системы в каналах различных форм.
2. Определение областей диффузионной неустойчивости. Раскрытие механизма влияния диффузионных способностей парниковых газов на интенсификацию конвективного смешения в режиме приоритетного переноса компонента с заданными свойствами.
3. Численное моделирование конвективных формирований и их последующей эволюции на начальном этапе смешения.
4. Экспериментальные исследования многокомпонентного изотермического смешения в смесях, содержащих двуокись углерода и другие парниковые газы в зависимости от исходного состава, давления в различных модельных каналах. Опытное изучение эффектов разделения компонентов с заданными свойствами в определенном интервале давлений и различных составах.
5. Анализ всех полученных результатов. Верификация экспериментальных и численных данных. Установление общих закономерностей по разделению компонентов в газовых смесях. Подготовка рекомендаций по определению условий, предполагающих максимальное проявление эффекта разделения и последующего отделения парникового газа от отработанной смеси.

Ожидаемые результаты:

1. Предложен модифицированный анализ на устойчивость механического равновесия изотермических тройных газовых смесей, при слабой нелинейности зависимости плотности парникового газа от давления, в рамках которого возможно получить нелинейные распределения концентраций компонентов в модельных каналах. Степень нелинейности в распределении концентрации зависит от соотношений между коэффициентами диффузии парниковых газов с другими компонентами образующими исследуемую смесь.
2. Анализ граничных соотношений смены режимов смешения и нулевого значения градиента плотности позволит определить спектр теплофизических и геометрических параметров, при которых в системах, содержащих парниковые газы, реализуются конвективные режимы смешения с приоритетным переносом компонента с заданными свойствами.
3. Численным образом предполагается получить расчеты по распределению концентраций компонентов и давлений при различных временах смешения в модельных каналах. По характеру вычисленных изоконцентрационных полей при различных давлениях и составах смеси можно определить тип различных этапов комбинированного смешения.
4. Проведены экспериментальные исследования в тройных смесях, содержащих парниковый газ (двуокись углерода, фреон-12 и др.) при различных давлениях, исходных составах и временах смешения в модельных каналах плоской и цилиндрической формы. Опытным путем изучить эффекты разделения, определяющие преимущественный перенос компонента с заданными свойствами в широком интервале давлений и исходного состава смеси.
5. Предполагается на основе общих закономерностей по разделению компонентов в смесях, содержащих парниковые газы подготовить рекомендации по определению условий и параметров смешения, где будет реализовываться максимальный перенос (отделение) экологически опасного газа от отработанной смеси.

В соответствии с требованиями конкурсной документации предполагаются следующие формы реализации результатов проекта:
Публикация статей в зарубежных рецензируемых научных журналах – будут опубликованы не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти), а также не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСОН.
Методы исследования: Научные методы исследований по проекту базируются на фундаментальных законах физической кинетики, гидродинамики и многокомпонентного массопереноса. Для достижения поставленных целей используются экспериментальные (двухколбовый метод, метод диффузионного моста, теневой метод Теплера) и расчетно-теоретические методы исследования (метод анализа на устойчивость механического равновесия в приближении Буссинеска, метод малых возмущений и возмущений конечной амплитуды, методы теории подобия, модель решеточного уравнения Больцмана в аппроксимации Батнагара-Гросса-Крука (BGK), комплекс моделей и специальных программ прикладного программирования на основе автоматизированных систем проектирования «SolidWork», «Автокад»).
Объектом исследования являются газы и их смеси.
Научная новизна проекта заключается в: проведении экспериментов с газовыми смесями при начальном условии уменьшения плотности смеси с высотой при различных давлениях и исходных составах в каналах различной формы; теоретических и численных исследованиях комбинированного массопереноса для модельных ситуаций и выдаче рекомендаций (состав смесей, теплофизические свойства, парциальные расходы) при выполнении которых можно добиться максимальной очистки выбранной системы от заданного парникового газа. Впервые численным образом будут проведены исследования, раскрывающие процесс начального структурного формирования в смесях, содержащих парниковые газы при различных давлениях и составах. Одним из конечных результатов проекта являются рекомендации по составу смесей, включающих в себя информацию о парниковых газах, теплофизических свойств компонентов, геометрических характеристик каналов, областей температур, для осуществления максимального эффекта очистки.
Полученные результаты окажут влияние на развитие основного научного направления и будут связаны с оценкой влияния диффузионных механизмов на установление общих закономерностей по разделению компонентов в смесях, содержащих парниковые газы и последующей очистки отработанной смеси от экологически опасного газа. Полученные результаты имеют междисциплинарный характер и могут оказать развитие на смежные области науки. Такое влияние видится в: химической теории диссипативных структур; в физике, в механических способах очистки, заданных жидких и газообразных смесей.
Результаты исследований окажут существенное влияние на научные направления в области технологии разделения и очистки, физики газов и жидкостей, так как будут получены новые экспериментальные и численные результаты. Социальный эффект от проведенных исследований предполагается значимым и положительным, так как приводит к: улучшению условий труда (работа над проектом осуществляется коллективом единомышленников, работающих в творческой среде над высокоинтеллектуальной задачей); повышению образовательного уровня; удовлетворенности социальным статусом и увеличением доходов исполнителей проекта; повышение эффективности институционального регулирования бизнес-процессов, связанных с темой проекта. Экономический эффект может быть связан с возможной коммерциализацией полученных результатов. Полученные результаты будут иметь фундаментальную и прикладную значимость в связи с развитием подходов по разделению смесей, содержащих парниковые газы в технологиях очистки, а также необходимостью более глубокого понимания процессов тепломассопереноса.
Основные конструктивные и технико-экономические показатели: Разработана модель кинетического перехода «диффузия – конвекция», моделируется эволюция возникновения надкритических течений.
Степень внедрения: Высокая
Эффективность: Улучшение качества выпускаемой продукции. Предлагаемые методики имеют большие преимущества по сравнению с другими.
Область применения: Целевыми потребителями полученных результатов являются инжиниринговые компании, ученые занимающиеся вопросами разделения и очистки различных сред от экологически опасных компонентов, проектные лаборатории по экологическому контролю и мониторингу.
Основные полученные результаты на 2022 год:

1. Модификация теоретической модели конвективной устойчивости для случая тройных изотермических газовых систем, содержащих компонент с реальными свойствами (двуокись углерода, фреон и другие парниковые газы). Моделирование концентрационных распределений компонентов системы в каналах различных форм.

Проведена модификация теоретической модели конвективной устойчивости для случая тройных изотермических газовых систем, содержащих компонент с реальными свойствами (двуокись углерода, фреон и другие парниковые газы). Проведено моделирование концентрационных распределений компонентов системы в каналах различных форм. Теоретическая модель возникновения конвективной устойчивости в изотермических смесях для многокомпонентных систем применяется в приближении идеальной сплошной среды. Однако, наличие в смешивающихся газах парниковых компонентов может привести к искажению ожидаемых результатов, так как в исходных уравнениях не учитываются реальные свойства компонентов с наибольшим молекулярным весом (например, двуокись углерода, фреоны). В связи с этим для случая смешения тройных газовых смесей, содержащих парниковые газы, были осуществлены корректировки базовых уравнений гидродинамики с учетом реальных свойств компонентов. К ним относились следующие действия:

1. Модификация уравнения состояния смеси. Для смесей, содержащих парниковые газы показано, что более корректно использовать уравнение состояния в вириальной форме.
2. Коэффициенты взаимной диффузии компонентов рассчитывать в приближении модели умеренно-плотного газа.
3. Расчет массовой плотности тройной смеси в зависимости от давления осуществлять с учетом корреляционных коэффициентов, учитывающих парные взаимодействия молекул различных газов.

Совместное решене модифицированных уравнений диффузии, движения, состояния позволило разработать вычислительный алгоритм, позволяющий осуществить анализ на устойчивость механического равновесия, получить распределения концентраций компонентов в модельном канале для заданных теплофизических условий. В граничные соотношения включены дополнительные члены, учитывающие реальные свойства смесей с парниковыми газами. Для таких смесей различная диффузионная подвижность компонентов создает условия для реализации конвекции с преимущественным переносом парникового газа нарушая традиционный диффузионный перенос. Получены выражения для парциальных критических чисел Рэлея, определяющих переход «диффузия – конвекция».
При моделировании концентрационных распределений компонентов системы в каналах с плоской и цилиндрической формами, плучены сложные распределения скоростей компонентов не типичных для диффузионного смешения.
Основные полученные результаты на 2023 год:

2. Определение областей диффузионной неустойчивости. Раскрытие механизма влияния диффузионных способностей парниковых газов на интенсификацию конвективного смешения в режиме приоритетного переноса компонента с заданными свойствами.

Определены области диффузионной неустойчивости. На основе модифицированной теоретической модели конвективной устойчивости для случая тройных систем, содержащих компонент с реальными свойствами (двуокись углерода, фреон и другие парниковые газы) для каналов прямоугольной и цилиндрической форм получены соотношения в терминах диффузионных чисел Рэлея, позволяющие прогнозировать возникновение концентрационных конвективных течений. Для систем CH₄ (1) + R12 (2) – Ar (3), N₂ (1) + R12 (2) – n-C₄H₁₀ (3), He (1) + CO₂ (2) – N₂ (3), CH₄ (1) + R12 (2) – n-C₄H₁₀ (3), H₂ (1) + R12 (2) – Ar (3), 0,5143 He (1) + 0,4857 CO₂ (2) – 0,5148 CH₄ (3) + 0,4852 CO₂ (2) показано, что в распределении концентрации парникового газа наблюдается нелинейность, приводящая к инверсии градиента суммарной плотности смеси.
Раскрыты механизмы влияния диффузионных способностей парниковых газов на интенсификацию конвективного смешения в режиме приоритетного переноса компонента с заданными свойствами. Численным образом показано, что в тройной смеси с увеличением различия в коэффициентах диффузии компонентов в системе реализуются условия для нелинейного распределения концентраций с последующим возникновением инверсии плотности. Наиболее опасными с точки зрения нарушения механического равновесия системы являются те координаты диффузионного канала, где реализуется максимальное значение производной от плотности газовой смеси. При этом с увеличением давления и содержания компонента с промежуточным молекулярным весом разность плотностей в координатах экстремума возрастает и при определенной разности плотностей, вызванных конкретным давлением, осуществляется не только переход «диффузия – конвекция», но и происходит интенсификация конвективных течений, обогащенных компонентом с наибольшим молекулярным весом.
В терминах диффузионных чисел Рэлея получены соотношения, позволяющие прогнозировать возникновение концентрационных конвективных течений в вертикальных каналах для изотермических тройных газовых смесей. Взаимное расположение граничных линий конвективной неустойчивости и нулевого значения градиента плотности показывает существование между ними сектора, когда состояние смеси неустойчиво, хотя плотность в верхней части канала меньше, чем в нижней. Возникновение конвекции в этой области объясняется тем, что случайно сместившийся вверх элемент среды попадает в смесь с меньшей плотностью и другим составом. Различие в коэффициентах диффузии компонентов приводит к выравниванию концентрации легкого по плотности компонента. Его недостаточность компенсируется, и сместившийся элемент, становясь легче окружающей среды, продолжает всплывать, порождая неустойчивость.
Анализ на конвективную устойчивость в изотермических многокомпонентных смесях, содержащих парниковые газы, был реализован на основе совместного решения уравнений движения, диффузии и уравнения состояния, учитывающего реальные свойства парниковых газов. Полученные граничные соотношения сравнивались с результатами, вычисленными в приближении идеальной сплошной среды. На картограммах в координатах чисел Рэлея отмечается расхождение в ориентации граничных линий устойчивости, полученных в реальном и идеальном приближении соответственно. Исследования показали, что при повышении давления в реальных газовых смесях диффузионная способность для компонента с наибольшим молекулярным весом значительно уменьшается и поэтому в таких смесях расхождение в коэффициентах диффузии компонентов с наименьшим и наибольшим молекулярным весом компонентов становится больше, чем для аналогов, которые описываются в приближении идеальной среды. Тем самым смешение компонента с наибольшей плотностью в смесях с реальными парниковыми газами становится еще более интенсивной.

3. Численное моделирование конвективных формирований и их последующая эволюция на начальном этапе.

Для проведения численного эксперимента в тройных газовых смесях с произвольным значением градиента плотности был разработан математический алгоритм моделирования смешения газов, основанный на D2Q9 модели решеточных уравнений Больцмана. Численные исследования показали, что при определенных условиях возникают существенно нелинейные распределения концентраций компонентов, которые приводят к немонотонному распределению плотности газовой смеси. Проведена оценка времени возникновения и последующих этапов развития структурированных конвективных течений, преимущественно состоявших из парниковых газов, а также средней скорости переноса компонентов и пульсаций давления.
Для начальной фазы возникших конвективных течений в тройных смесях Не + СО2 – N2, CH₄  + R12  – n-C₄H₁₀, He + 0,4857 CO₂  – 0,5148 CH₄  + 0,4852 CO₂ определены характерные этапы смешения. Исследование эволюции перехода из диффузионного режима смешения в конвективное позволил выявить Анализ полученных изоконцентрационных линий реализуемых в расчетной области показывает, что в начальной стадии смешения от нулевого момента времени до значения t₁  в системе наблюдается диффузия. Изолинии монотонно распространяются в пространстве. Начиная с момента времени t₂ происходит искривление изоконцентрационных линий и рост концентрации компонента с наибольшим молекулярным весом в смеси по направлению к нижней части расчетной области. Происходит искривление изоконцентрационных линий (момент времени t₃) и в системе реализуются условия, связанные с возникновением неустойчивости механического равновесия, определяющие переход от диффузионного режима к конвективному. Дальнейшее наблюдение за эволюцией развития неустойчивости механического равновесия позволяет выявить еще несколько характерных времен. К моменту времени t₄ в системе сформировано конвективное формирование, преимущественно состоящее из компонента с наибольшим молекулярным весом. А характерное время определяет начало времени движения структуры в поле силы тяжести.
Научные публикации за 2023 год.

1. Fedorenko O.V., Kossov V.N., Krasikov S.A., Zhaneli M., Seydaz T. Numerical modelling of multi-component mass transfer regimes in four-component gas systems // Bulletin of the Karaganda university. Physics series. – 2023. – № 4 (112).

Материалы и тезисы международных конференций.

1. Косов В.Н, Федоренко О.В., Шаихислямова Ж.Ж. Разделение компонентов в системах с парниковыми газами, вызванное конвективной неустойчивостью // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 19 – 20.
2. Сейдаз Т.М., Федоренко О.В. Диффузионный массоперенос основных компонентов через слой газа-разбавителя двуокиси углерода // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 25.
3. Kossov V., Fedorenko O., Zhakebayev D., Asembaeva M. Occurrence of Convective Formations in Ternary Gas Systems Containing Greenhouse gases // Books of Abstracts of the 11^th Conference of the International Marangoni Association, 19 – 22 June 2023, Bordeaux (France). – P. 139 – 140.

 [:en]Scientific director of the project Vladimir Nikolaevich Kosov, corresponding member. NAS RK, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor, well-known specialist in the field of thermophysics and theoretical heat engineering.

Purpose of project: Numerical modeling of mixing in mixtures containing СО₂ (and other gases) in convective instability mode, initial stage of structured formation mainly consisting of components with the highest molecular weight; Experimental, numerical study of multicomponent mixing under various model conditions; Establishment of regularities of separation effects of multicomponent systems.

The main objectives of the project are:

1. Modification of the theoretical model of convective stability for the case of ternary isothermal gas systems containing a component with real properties (carbon dioxide, Freon and other greenhouse gases). Modeling of concentration distributions of system components in channels of various shapes.
2. Determination of areas of diffusion instability. Disclosure of the mechanism of the influence of the diffusion abilities of greenhouse gases on the intensification of convective mixing in the mode of priority transfer of a component with given properties.
3. Numerical modeling of convective formations and their subsequent evolution at the initial stage of mixing.
4. Experimental studies of multicomponent isothermal mixing in mixtures containing carbon dioxide and other greenhouse gases depending on the initial composition, pressure in various model channels. Experimental study of the effects of separation of components with desired properties in a certain pressure range and different compositions.
5. Analysis of all obtained results. Verification of experimental and numerical data. Establishment of general patterns for the separation of components in gas mixtures. Preparation of recommendations for determining the conditions that involve the maximum manifestation of the separation effect and subsequent separation of the greenhouse gas from the exhaust mixture.

Expected results:

1. A modified analysis of the stability of the mechanical equilibrium of isothermal ternary gas mixtures will be proposed, with a weak nonlinearity in the dependence of the greenhouse gas density on pressure, within which it is possible to obtain nonlinear distributions of component concentrations in model channels.The degree of non-linearity in the concentration distribution depends on the ratios between the diffusion coefficients of greenhouse gases with other components forming the mixture under study.
2. An analysis of the boundary relations for changing mixing regimes and a zero value of the density gradient will make it possible to determine the spectrum of thermophysical and geometric parameters under which convective mixing regimes are realized in systems containing greenhouse gases with priority transfer of a component with specified properties.
3. Numerically, it is supposed to obtain calculations on the distribution of component concentrations and pressures at different mixing times in the model channels.Based on the nature of the calculated isoconcentration fields at different pressures and mixture compositions, one can determine the type of different stages of combined mixing.
4. Experimental studies will be carried out in ternary mixtures containing greenhouse gases (carbon dioxide, Freon-12, etc.) at various pressures, initial compositions and mixing times in flat and cylindrical model channels.To study experimentally the separation effects that determine the predominant transfer of a component with desired properties in a wide range of pressures and the initial composition of the mixture.
5. Based on the general laws for the separation of components in mixtures containing greenhouse gases, it is supposed to prepare recommendations for determining the conditions and parameters of mixing, where the maximum transfer (separation) of environmentally hazardous gas from the exhaust mixture will be realized.

In accordance with requirements of tender documentation, the following results of project implementation forms are assumed:

Publication of articles in the foreign peer–reviewed scientific journals – at least 3 (three) articles and (or) reviews in the peer-reviewed scientific publications indexed in the Science Citation Index expanded of the Web of Science database and (or) having a CiteScore percentile in the Scopus database of at least 50 (fifty), as well as at least 1 (one) article or review in the peer-reviewed foreign or domestic publication recommended by Committee for Quality Assurance in Education and Science will be published.

Research methods:Scientific methods of research on project are based on fundamental laws of physical kinetics, hydrodynamics and multicomponent mass transfer. To achieve these goals, experimental (double-flask method, diffusion bridge method, Toepler shadow method) and computational and theoretical research methods are used (method of analysis for the stability of mechanical equilibrium in the Boussinesq approximation, method of small perturbations and finite amplitude perturbations, methods of similarity theory, lattice equation model Boltzmann in the Batnagar-Gross-Kruk (BGK) approximation, a set of models and special application programming programs based on automated design systems “SolidWork”, “Autocad”).

The object of research is gases and their mixtures.

The scientific novelty of project consists in: conducting experiments with gas mixtures under initial condition reducing the density mixture with height at different pressures, initial compositions in channels of various shapes; theoretical and numerical studies of the combined mass transfer for model situations and recommendations (mixtures composition, thermophysical properties, partial costs) during which it is possible to achieve maximum purification of the selected system from a given greenhouse gas. For the first time, numerical studies will be implemented researching process of initial structural formation in mixtures containing greenhouse gases at various pressures and compositions.

One of the final results of the project is recommendations on the composition of mixtures including information on greenhouse gases, thermophysical properties of components, geometric characteristics of channels, temperature ranges to achieve the maximum cleaning effect.

It is planned that the results obtained will have an impact on the development of the main scientific direction and will be associated with an assessment of the influence of diffusion mechanisms on the establishment of general regularities for the separation of components in mixtures containing greenhouse gases and subsequent purification of the exhaust mixture from environmentally hazardous gas. The results obtained are interdisciplinary in nature and can have an impact on related fields of science. Such an influence is seen: in the chemical theory of dissipative structures; in physics, in mechanical methods of purification of given liquid and gas mixtures. The research results will have a significant impact on scientific areas in the field of separation and purification technology, physics of gases and liquids, as new experimental and numerical results will be obtained.

The social effect of conducted research is assumed to be significant and positive, as it leads to: the improvement of working conditions (work on project is implemented by a team of like-minded people working in a creative environment on a highly intellectual task); the improvement of educational level; the satisfaction with social status and increased income of project performers; the improvement of effectiveness of institutional regulation of business processes related to the project topic. The economic effect may be associated with possible commercialization of the results obtained.

The results obtained will be of fundamental and applied significance in connection with the development of approaches to the separation of mixtures containing greenhouse gases in the purification technologies, as well as the need for a deeper understanding of heat and mass transfer processes.

Main design and technical and economic indicators: A model of the kinetic transition «diffusion – convection» has been developed, the evolution of the emergence of supercritical flows is simulated.

Implementation rate: High

Efficiency: Improving the quality of products. The proposed methods have great advantages over others.

Application area: The target consumers of results obtained are engineering companies, scientists involved in separation and purification of various media from environmentally hazardous components, project laboratories for environmental control and monitoring.

 

The main obtained results for 2022:

1. A modified analysis of the stability of the mechanical equilibrium of isothermal ternary gas mixtures will be proposed, with a weak nonlinearity in the dependence of the greenhouse gas density on pressure, within which it is possible to obtain nonlinear distributions of component concentrations in model channels. The degree of non-linearity in the concentration distribution depends on the ratios between the diffusion coefficients of greenhouse gases with other components forming the mixture under study.

A modification of the theoretical model of convective stability was carried out for the case of ternary isothermal gas systems containing a component with real properties (carbon dioxide, freon and other greenhouse gases). The concentration distributions of system components in channels of various shapes were modeled. The theoretical model of the emergence of convective stability in isothermal mixtures for multicomponent systems is applied in the approximation of an ideal continuous medium. However, the presence of greenhouse components in mixing gases can lead to a distortion of the expected results, since the original equations do not take into account the real properties of the components with the highest molecular weight (for example, carbon dioxide, freons). In this regard, for the case of mixing ternary gas mixtures containing greenhouse gases, adjustments were made to the basic hydrodynamic equations taking into account the real properties of the components. These included the following actions:

1. Modification of the mixture equation of state. For mixtures containing greenhouse gases, it is shown that it is more correct to use the equation of state in virial form.
2. Calculate the coefficients of mutual diffusion of components in the approximation of a moderately dense gas model.
3. Calculation of the mass density of the ternary mixture depending on pressure is carried out taking into account correlation coefficients that take into account the pairwise interactions of molecules of various gases.

The joint solution of the modified equations of diffusion, motion, and state made it possible to develop a computational algorithm that makes it possible to analyze the stability of mechanical equilibrium and obtain distributions of concentrations of components in the model channel for given thermophysical conditions. The boundary relations include additional terms that take into account the real properties of mixtures with greenhouse gases. For such mixtures, the different diffusive mobility of the components creates conditions for the implementation of convection with the preferential transfer of greenhouse gases, disrupting the traditional diffusion transport. Expressions are obtained for the partial critical Rayleigh numbers that determine the diffusion–convection transition.

When modeling the concentration distributions of system components in channels with flat and cylindrical shapes, complex distributions of velocities of components not typical for diffusion mixing were obtained.

 

Main results obtained for 2023:

2. Determination of areas of diffusion instability. Disclosure of the mechanism of the influence of the diffusion abilities of greenhouse gases on the intensification of convective mixing in the mode of priority transfer of a component with given properties.

Regions of diffusion instability have been identified. Based on a modified theoretical model of convective stability for the case of ternary systems containing a component with real properties (carbon dioxide, freon and other greenhouse gases) for channels of rectangular and cylindrical shapes, relations in terms of diffusion Rayleigh numbers are obtained, allowing one to predict the occurrence of concentration convective flows. For systems CH4 (1) + R12 (2) – Ar (3), N2 (1) + R12 (2) – n-C4H10 (3), He (1) + CO2 (2) – N2 (3), CH4 (1) + R12 (2) – n-C4H10 (3), H2 (1) + R12 (2) – Ar (3), 0.5143 He (1) + 0.4857 CO2 (2) – 0.5148 CH4 (3) + 0.4852 CO2 (2) it is shown that there is nonlinearity in the distribution of greenhouse gas concentrations, leading to an inversion of the gradient of the total density of the mixture.

The mechanisms of influence of the diffusion abilities of greenhouse gases on the intensification of convective mixing in the regime of priority transfer of a component with given properties are revealed. It is shown numerically that in a ternary mixture, with an increase in the difference in the diffusion coefficients of the components in the system, the conditions for a nonlinear distribution of concentrations are realized with the subsequent occurrence of density inversion. The most dangerous from the point of view of disturbing the mechanical equilibrium of the system are those coordinates of the diffusion channel where the maximum value of the derivative of the density of the gas mixture is realized. In this case, with an increase in pressure and the content of a component with an intermediate molecular weight, the difference in densities in the extremum coordinates increases and at a certain difference in densities caused by a specific pressure, not only the transition “diffusion — convection” occurs, but also the intensification of convective flows, enriched with the component with the highest molecular weight, occurs weight.

In terms of Rayleigh diffusion numbers, relations are obtained that make it possible to predict the occurrence of concentration convective currents in vertical channels for isothermal triple gas mixtures. The mutual arrangement of the boundary lines of convective instability and the zero value of the density gradient shows the existence of a sector between them when the state of the mixture is unstable, although the density in the upper part of the channel is less than in the lower one. The occurrence of convection in this area is explained by the fact that a randomly displaced element of the medium enters the mixture with a lower density and a different composition. The difference in the diffusion coefficients of the components leads to an equalization of the light concentration with respect to the density of the component. Its insufficiency is compensated, and the displaced element, becoming lighter than the environment, continues to surface, generating instability.

The analysis of convective stability in isothermal multicomponent mixtures containing greenhouse gases was implemented based on the joint solution of the equations of motion, diffusion and the equation of state, taking into account the real properties of greenhouse gases. The obtained boundary relations were compared with the results calculated in the approximation of an ideal continuous medium. On the cartograms in Rayleigh number coordinates, there is a discrepancy in the orientation of the boundary stability lines obtained in the real and ideal approximation, respectively. Studies have shown that with increasing pressure in real gas mixtures, the diffusion capacity for the component with the highest molecular weight decreases significantly and therefore in such mixtures the discrepancy in the diffusion coefficients of components with the lowest and highest molecular weight of components becomes greater than for analogues, which are described in the approximation of an ideal environment. Thus, the mixing of the component with the highest density in mixtures with real greenhouse gases becomes even more intense.

 

 

3. Numerical modeling of convective formations and their subsequent evolution at the initial stage of mixing.

To conduct a numerical experiment in ternary gas mixtures with an arbitrary value of the density gradient, a mathematical algorithm for simulating gas mixing was developed, based on the D2Q9 model of lattice Boltzmann equations. Numerical studies have shown that, under certain conditions, significantly nonlinear distributions of component concentrations arise, which lead to a nonmonotonic distribution of the density of the gas mixture. An assessment was made of the time of occurrence and subsequent stages of development of structured convective flows, mainly consisting of greenhouse gases, as well as the average speed of transfer of components and pressure pulsations.

For the initial phase of the emerging convective flows in the ternary mixtures He + CO2 – N2, CH4 + R12 – n-C4H10, He + 0.4857 CO2 – 0.5148 CH4 + 0.4852 CO2, characteristic mixing stages have been determined. The study of the evolution of the transition from the diffusion mode of mixing to the convective mode made it possible to reveal. Analysis of the obtained isoconcentration lines implemented in the computational domain shows that in the initial stage of mixing from the zero moment of time to the value t1, diffusion is observed in the system. Isolines spread monotonically in space.

Starting from time t2, the isoconcentration lines bend and the concentration of the component with the highest molecular weight in the mixture increases towards the lower part of the calculation region. The isoconcentration lines are bent (time t3) and the conditions associated with the occurrence of instability of mechanical equilibrium are realized in the system, which determine the transition from the diffusion regime to the convective one. Further observation of the evolution of the development of instability of mechanical equilibrium allows us to identify several more characteristic times. By time t4, a convective formation has formed in the system, predominantly consisting of the component with the highest molecular weight. And the characteristic time determines the beginning of the time of movement of the structure in the gravity field.

Scientific publications for 2023.

1. Fedorenko O.V., Kossov V.N., Krasikov S.A., Zhaneli M., Seydaz T. Numerical modelling of multi-component mass transfer regimes in four-component gas systems // Bulletin of the Karaganda university. Physics series. – 2023. – № 4 (112).

Материалы и тезисы международных конференций.

1. Косов В.Н, Федоренко О.В., Шаихислямова Ж.Ж. Разделение компонентов в системах с парниковыми газами, вызванное конвективной неустойчивостью // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 19 – 20.
2. Сейдаз Т.М., Федоренко О.В. Диффузионный массоперенос основных компонентов через слой газа-разбавителя двуокиси углерода // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 25.
3. Kossov V., Fedorenko O., Zhakebayev D., Asembaeva M. Occurrence of Convective Formations in Ternary Gas Systems Containing Greenhouse gases // Books of Abstracts of the 11^th Conference of the International Marangoni Association, 19 – 22 June 2023, Bordeaux (France). – P. 139 – 140.

 [:kk]Жобаның мақсаты құрамында СО₂ (және басқа газдар) бар қоспалардағы қоспаларды конвективті тұрақсыздық режимінде және негізінен ең үлкен молекулалық салмағы бар компоненттерден тұратын құрылымдық түзілімдердің пайда болуының бастапқы сатысында сандық модельдеу; әртүрлі модельдік жағдайларда көпкомпонентті араласуды эксперименттік және сандық зерттеу; көпкомпонентті жүйелердің бөліну эффектісінің заңдылықтарын белгілеу.
Жобаның негізгі міндеттері:

1. Нақты қасиеттерге ие компоненті бар (көмірқышқыл газы, фреон және басқа парниктік газдар) үштік изотермиялық газ жүйелері жағдайында конвективті тұрақтылықтың теориялық моделін өзгерту. Әр түрлі формалы каналдардағы жүйе компоненттерінің концентрациялық таралуын модельдеу.
2. Диффузиялық тұрақсыздық аймақтарын анықтау. Парниктік газдардың диффузиялық қабілеттерінің берілген қасиеттері бар компонентті басымдықпен тасымалдау режимінде конвективті араласуды күшейтуге әсер ету механизмін ашу.
3. Конвективті түзілімдерді сандық модельдеу және олардың бастапқы араласу кезеңіндегі кейінгі эволюциясы.
4. Құрамында көмірқышқыл газы және басқа парниктік газдар бар қоспалардағы көпкомпонентті изотермиялық қоспаны эксперименттік зерттеу, бастапқы құрамына, әртүрлі модельдік каналдардағы қысымға байланысты. Белгілі бір қысым интервалында және әртүрлі құрылымдарда берілген қасиеттері бар компоненттерді бөлудің әсерін тәжірибелік зерттеу.
5. Алынған барлық нәтижелерді талдау. Эксперименттік және сандық деректерді тексеру. Газ қоспаларындағы компоненттерді бөлудің жалпы заңдылықтарын белгілеу. Парниктік газды пайдаланылған қоспадан бөлу және одан әрі бөлу эффектілерінің максималды көрінісін болжайтын жағдайларды анықтау бойынша ұсыныстар дайындау.

Күтілетін нәтижелер:

1. Парниктік газ тығыздығының қысымға әлсіз сызықтық емес тәуелділігі бар изотермиялық үштік газ қоспаларының механикалық тепе-теңдігінің тұрақтылығына өзгертілген талдау ұсынылды, оның аясында модельдік каналдардағы компоненттердің концентрациясының сызықтық емес таралуын алуға болады. Концентрацияның таралуындағы сызықтық емес дәреже, парниктік газдардың диффузиялық коэффициенттері мен зерттелетін қоспаны құрайтын басқа компоненттер арасындағы қатынастарға байланысты.
2. Араласу режимдерінің өзгеруінің шекаралық қатынастарын және тығыздық градиентінің нөлдік мәнін талдау парниктік газдары бар жүйелерде берілген қасиеттері бар компоненттің басым берілуімен конвективті араласу режимдері жүзеге асырылатын жылуфизикалық және геометриялық параметрлердің спектрін анықтауға мүмкіндік береді.
3. Сандық түрде модельдік каналдардағы әртүрлі араласу уақыттарында компоненттер мен қысым концентрацияларының таралуы бойынша есептеулер алу керек. Қоспаның әртүрлі қысымдары мен құрамдарындағы есептелген изоконцентрлік өрістердің сипатына сәйкес аралас араласудың әртүрлі кезеңдерінің түрін анықтауға болады.
4. Құрамында парниктік газ (көмірқышқыл газы, фреон-12 және т.б.) бар үштік қоспаларда әртүрлі қысымдарда, бастапқы құрамдарда және жазық және цилиндрлік пішінді модельдік каналдарда араласу уақыттарында эксперименттік зерттеулер жүргізілді. Кең қысым интервалында және қоспаның бастапқы құрамындағы берілген қасиеттері бар компоненттің артықшылықты тасымалдануын анықтайтын бөлу эффектілерін тәжірибелік түрде зерттеу.
5. Құрамында парниктік газдар бар қоспалардағы компоненттерді бөлудің жалпы заңдылықтары негізінде экологиялық қауіпті газды пайдаланылған қоспадан максималды тасымалдау (бөлу) жүзеге асырылатын араласу шарттары мен параметрлерін анықтау бойынша ұсыныстар дайындау көзделеді.

Конкурстық құжаттаманың талаптарына сәйкес жоба нәтижелерін іске асырудың мынадай нысандары көзделеді:
Шетелдік рецензияланатын ғылыми журналдарда мақалалар жариялау — Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында кемінде 50 (елу) Citescore бойынша процентилі бар рецензияланатын ғылыми басылымдарда кемінде 3 (үш) мақала және (немесе) шолулар, сондай-ақ БҒСБК ұсынылған шетелдік немесе отандық рецензияланған басылымда кемінде 1 (бір) мақала немесе шолу.
Зерттеу әдістері: Жоба бойынша ғылыми зерттеу әдістері физикалық кинетика, гидродинамика және көпкомпонентті массаалмасудың негізгі заңдарына негізделген. Алға қойылған мақсаттарға жету үшін эксперименттік (екіколбалық әдіс, диффузиялық көпір әдісі, Теплердің көлеңкелі әдісі) және есептелген-теориялық зерттеу әдістері (Буссинеск жуықтауындағы механикалық тепе-теңдіктің тұрақтылығын талдау әдісі, шамалы және ақырлы амплитудалық ауытқулар әдісі, ұқсастық теориясының әдістері, Батнагар-Гросс-Крук (BGK) жуықтауындағы Больцман тор теңдеуінің моделі, «Solidwork», «Автокад» автоматтандырылған жобалау жүйелері негізінде қолданбалы бағдарламалаудың үлгілері мен арнайы бағдарламаларының кешені).
Зерттеу нысаны — газдар мен олардың қоспалары.
Жобаның ғылыми жаңалығы мынада: әртүрлі формадағы каналдарда түрлі қысымдар мен бастапқы құрамдар кезінде қоспаның жоғарғы тығыздығын төмендетудің бастапқы шартымен газ қоспаларымен эксперименттер жүргізу; модельдік жағдайларға арналған аралас массаалмасудың теориялық және сандық зерттеулері және ұсынымдар беру (қоспалардың құрамы, жылуфизикалық қасиеттері, парциал шығындар), оларды орындау берілген парниктік газдан алынған жүйелер кезінде таңдалған каналды максималды тазартуға қол жеткізуге болады. Алғаш рет сандық түрде әртүрлі қысымдар мен құрамдардағы парниктік газдары бар қоспаларда бастапқы құрылымдық қалыптасу процесін ашатын зерттеулер жүргізілетін болады. Жобаның түпкілікті нәтижелерінің бірі парниктік газдар, компоненттердің жылуфизикалық қасиеттері, каналдардың геометриялық сипаттамалары, температура аймақтары туралы ақпаратты қамтитын қоспалардың құрамы бойынша ұсынымдар болып табылады.

Алынған нәтижелер негізгі ғылыми бағыттың дамуына әсер етеді және құрамында парниктік газдар бар қоспалардағы компоненттерді бөлудің жалпы заңдылықтарын белгілеуге диффузиялық механизмдердің әсерін бағалаумен және пайдаланылған қоспаны экологиялық қауіпті газдан кейінгі тазартумен байланысты болады. Алынған нәтижелер пәнаралық сипатқа ие және ғылымның іргелес салаларында дами алады. Мұндай эффектілер: диссипативті құрылымдардың химиялық теориясында; физикада, тазартудың механикалық әдістерінде, берілген сұйық және газ тәрізді қоспаларда көрінеді.

Зерттеу нәтижелері бөлу және тазарту технологиясы, газдар мен сұйықтар физикасы саласындағы ғылыми бағыттарға айтарлықтай әсер етеді, өйткені жаңа эксперименттік және сандық нәтижелер алынады. Жүргізілген зерттеулердің әлеуметтік әсері маңызды және оң деп болжанады, өйткені ол: еңбек жағдайларын жақсартуға (жобамен жұмысты шығармашылық ортада жоғары интеллектуалды міндет бойынша жұмыс істейтін пікірлестер ұжымы жүзеге асырады); білім деңгейін арттыруға; әлеуметтік мәртебеге қанағаттануға және жобаны орындаушылардың кірістерін арттыруға әкеледі; жоба тақырыбына байланысты бизнес-процестерді институционалдық реттеудің тиімділігін арттыру. Экономикалық әсер алынған нәтижелерді коммерцияландыруға байланысты болуы мүмкін. Алынған нәтижелер тазарту технологияларында парниктік газдары бар қоспаларды бөлу тәсілдерінің дамуына, сондай-ақ жылумассатасымалдау процестерін тереңірек түсіну қажеттілігіне байланысты іргелі және қолданбалы маңызға ие болады.

Негізгі конструктивті және техникалық-экономикалық көрсеткіштер: «Диффузия – конвекция» кинетикалық ауысу моделі жасалды, критикалық ағындардың пайда болу эволюциясы модельденеді.

Іске асыру дәрежесі: Жоғары

Тиімділігі: Шығарылатын өнімнің сапасын жақсарту. Ұсынылған әдістемелер басқалармен салыстырғанда үлкен артықшылықтарға ие.

Қолдану саласы: Алынған нәтижелердің мақсатты тұтынушылары инжинирингтік компаниялар, экологиялық қауіпті компоненттерден әртүрлі орталарды бөлу және тазарту мәселелерімен айналысатын ғалымдар, экологиялық бақылау және мониторинг жөніндегі жобалау зертханалары болып табылады.

2022 жылға арналған негізгі нәтижелер:

1. Нақты қасиеттерге ие компоненті бар (көмірқышқыл газы, фреон және басқа парниктік газдар) үштік изотермиялық газ жүйелері жағдайында конвективті тұрақтылықтың теориялық моделін өзгерту. Әртүрлі формадағы каналдардағы жүйе компоненттерінің концентрациялық таралуын модельдеу.

Нақты қасиеттерге ие компоненті бар (көмірқышқыл газы, фреон және басқа парниктік газдар) үштік изотермиялық газ жүйелері жағдайында конвективті тұрақтылықтың теориялық моделіне өзгертулер жасалды. Әртүрлі формадағы каналдарда жүйе компоненттерінің концентрациялық таралуын модельдеу жүргізілді. Көпкомпонентті жүйелер үшін изотермиялық қоспаларда конвективті тұрақтылықтың пайда болуының теориялық моделі идеалды қатты ортаға жақындағанда қолданылады. Алайда, аралас газдарда парниктік компоненттердің болуы күтілетін нәтижелердің бұрмалануына әкелуі мүмкін, өйткені бастапқы теңдеулерде ең үлкен молекулалық салмағы бар компоненттердің нақты қасиеттері ескерілмейді (мысалы, көмірқышқыл газы, фреондар). Осыған байланысты парниктік газдары бар үштік газ қоспаларының араласу жағдайында компоненттердің нақты қасиеттерін ескере отырып, гидродинамиканың негізгі теңдеулеріне түзетулер енгізілді. Оларға келесі әрекеттер кірді:

1. Қоспаның күй теңдеуін өзгерту. Құрамында парниктік газдар бар қоспалар үшін күй теңдеуін вириалдық түрде қолдану дұрыс екендігі көрсетілген.
2. Компоненттердің өзара диффузия коэффициенттері орташа тығыз газ моделінің жуықтауында есептеледі.
3. Қысымға байланысты үштік қоспаның массалық тығыздығын есептеу әртүрлі газдар молекулаларының жұптасқан өзара әрекеттесуін ескеретін корреляциялық коэффициенттерді ескере отырып жүзеге асырылады.

Өзгертілген диффузия, қозғалыс, күй теңдеулерін бірлесіп шешу механикалық тепе-теңдіктің тұрақтылығын талдауға, берілген жылуфизикалық күйлер үшін модельдік каналдағы компоненттер концентрациясының таралуын алуға мүмкіндік беретін есептеу алгоритмін жасауға мүмкіндік берді. Шекаралық қатынастарға парниктік газдармен қоспалардың нақты қасиеттерін ескеретін қосымша мүшелер кіреді. Мұндай қоспалар үшін компоненттердің әртүрлі диффузиялық қозғалғыштығы дәстүрлі диффузиялық тасымалдауды бұза отырып парниктік газды басым тасымалдаумен конвекцияны жүзеге асыруға жағдай жасайды. «Диффузия – конвекция» ауысуын анықтайтын Рэлейдің критикалық парциал сандары үшін өрнектер алынды.
Жүйе компоненттерінің концентрациялық таралуын жазық және цилиндрлік пішінді каналдарда модельдеу кезінде диффузиялық араласуға тән емес компоненттер жылдамдығының күрделі үлестірімдері алынады.
2023 жылға арналған негізгі нәтижелер:

2. Диффузиялық тұрақсыздық аймақтарын анықтау. Парниктік газдардың диффузиялық қабілеттерінің берілген қасиеттері бар компонентті басымдықпен тасымалдау режимінде конвективті араласуды күшейтуге әсер ету механизмін ашу.

Диффузиялық тұрақсыздық аймақтары анықталды. Тікбұрышты және цилиндрлік пішінді каналдар үшін нақты қасиеттерге ие компоненті бар (көмірқышқыл газы, фреон және басқа парниктік газдар) үштік жүйелер үшін конвективті тұрақтылықтың өзгертілген теориялық моделіне сүйене отырып, концентрациялық конвективті ағындардың пайда болуын болжауға мүмкіндік беретін Рэлейдің диффузиялық сандары тұрғысынан қатынастар алынды. CH₄ (1) + R12 (2) – Ar (3), N₂ (1) + R12 (2) – n-C₄H₁₀ (3), He (1) + CO₂ (2) – N₂ (3), CH₄ (1) + R12 (2) – n-C₄H₁₀ (3), H₂ (1) + R12 (2) – Ar (3), 0,5143 He (1) + 0,4857 CO₂ (2) – 0,5148 CH₄ (3) + 0,4852 CO₂ жүйелері үшін (2) парниктік газ концентрациясының таралуында сызықтық емес қоспаның тығыздығы болып, жалпы газдың градиенттік инверсиясына әкелетіні көрсетілген.
Парниктік газдардың диффузиялық қабілеттерінің берілген қасиеттері бар компонентті басым тасымалдау режимінде конвективті араласуды қарқындандыруға әсер ету механизмдері ашылды. Сандық түрде үштік қоспада компоненттердің диффузиялық коэффициенттеріндегі айырмашылықтың жоғарылауымен концентрациялардың сызықтық емес таралуы үшін жағдайлар, содан кейін жүйеде тығыздық инверсиясы пайда болатындығы көрсетілген. Жүйенің механикалық тепе-теңдігінің бұзылуы тұрғысынан ең қауіпті — бұл газ қоспасының тығыздығынан туындының максималды мәні жүзеге асырылатын диффузиялық каналдың координаттары. Сонымен қатар, орташа молекулалық салмағы бар компоненттің қысымы мен құрамының жоғарылауымен экстремум координаттарындағы тығыздық айырмасы артады және белгілі бір қысымнан туындаған нақты тығыздық айырмасында «диффузия – конвекция» ауысуы ғана емес, сонымен қатар ең үлкен молекулалық салмағы бар компонентпен байытылған конвективті ағындардың қарқындылығы да жүреді.
Рэлейдің диффузиялық сандары тұрғысынан изотермиялық үштік газ қоспалары үшін тік каналдарда концентрациялық конвективті ағындардың пайда болуын болжауға мүмкіндік беретін қатынастар алынды. Конвективті тұрақсыздық пен нөлдік тығыздық градиентінің шекаралық сызықтарының өзара орналасуы қоспаның күйі тұрақсыз болған кезде олардың арасындағы сектордың болуын көрсетеді, дегенмен каналдың жоғарғы жағындағы тығыздық төменгі жағына қарағанда аз. Бұл аймақта конвекцияның пайда болуы ортаның кездейсоқ жоғары қарай жылжитын элементі тығыздығы төмен және басқа құрамы бар қоспаға түсетіндігімен түсіндіріледі. Компоненттердің диффузиялық коэффициенттеріндегі айырмашылық компоненттің тығыздығы бойынша жеңіл концентрациясының теңестірілуіне әкеледі. Ауысқан элемент қоршаған ортаны жеңілдетіп, тұрақсыздықты тудырады және оның жетіспеушілігі теңестіріледі.
Құрамында парниктік газдар бар изотермиялық көпкомпонентті қоспалардағы конвективті тұрақтылықты талдау парниктік газдардың нақты қасиеттерін ескеретін қозғалыс, диффузия және күй теңдеулерінің бірлескен шешімі негізінде жүзеге асырылды. Алынған шекаралық қатынастар идеалды қатты ортаның жуықтауында есептелген нәтижелермен салыстырылды. Картограммаларда Рэлей сандарының координаттарында сәйкесінше, нақты және идеалды жуықтауда алынған тұрақтылықтың шекаралық сызықтарының бағытында сәйкессіздік байқалады. Зерттеулер көрсеткендей, нақты газ қоспаларындағы қысымның жоғарылауымен ең үлкен молекулалық салмағы бар компоненттің диффузиялық қабілеті айтарлықтай төмендейді, сондықтан мұндай қоспаларда компоненттердің ең кіші және ең үлкен молекулалық салмағы бар компоненттердің диффузиялық коэффициенттеріндегі сәйкессіздік идеалды ортаға жақындаған кезде сипатталған аналогтарға қарағанда көбірек болады. Осылайша, нақты парниктік газдармен қоспалардағы ең жоғары тығыздықтағы компонентті араласу одан да қарқынды болады.

3. Конвективті құрылымдарды сандық модельдеу және олардың бастапқы кезеңнен кейінгі эволюциясы.

Тығыздық градиентінің ерікті мәні бар үштік газ қоспаларында сандық эксперимент жүргізу үшін Больцман тор теңдеулерінің D2Q9 моделіне негізделген газдық араласуды модельдеудің математикалық алгоритмі жасалды. Сандық зерттеулер көрсеткендей, белгілі бір жағдайларда газ қоспасының тығыздығының монотонды емес таралуына әкелетін компоненттер концентрациясының айтарлықтай сызықтық емес таралулары пайда болады. Негізінен парниктік газдардан тұратын құрылымдық конвективті ағындардың пайда болу уақыты мен кейінгі даму кезеңдеріне, сондай-ақ компоненттердің орташа тасымалдану жылдамдығына және қысымның пульсациясына баға берілді.
Не + СО₂ – N2, CH₄ + R12  – n-C₄H₁₀, He + 0,4857 CO₂ – 0,5148 CH₄ + 0,4852 CO₂ үштік қоспаларда пайда болған конвективті ағындардың бастапқы фазасы үшін араласу кезеңдері анықталды. Диффузиялық араласу режимінен конвективтіге ауысу эволюциясын зерттеу есептелген аймақта жүзеге асырылатын алынған изоконцентрлік сызықтарды талдауды анықтауға мүмкіндік беретін араласу кезеңінің бастапқы кезеңінде уақыттың нөлдік моментінен t₁ мәніне дейін жүйеде диффузия байқалатынын көрсетеді. Кеңістікте сызықты емес монотонды түрде таралады. t₂ уақытынан бастап изоконцентрлік сызықтардың қисаюы және есептеу аймағының төменгі жағына қарай қоспадағы ең үлкен молекулалық салмағы бар компонент концентрациясының өсуі байқалады. Изоконцентрлік сызықтардың қисаюы орын алады (t₃ уақыт моменті) және жүйеде диффузиялық режимнен конвективті режимге өтуді анықтайтын механикалық тепе-теңдіктің тұрақсыздығының пайда болуымен байланысты жағдайлар жүзеге асырылады. Механикалық тепе-теңдіктің тұрақсыздығының даму эволюциясын одан әрі бақылау тағы бірнеше уақытты анықтауға мүмкіндік береді. t₄ уақытына қарай жүйеде негізінен ең үлкен молекулалық салмағы бар компоненттен тұратын конвективті құрылым қалыптасады. Сипаттамалық уақыт ауырлық күшінің өрісіндегі құрылымның қозғалу уақытының басталуын анықтайды.
2023 жылғы ғылыми басылымдар.

1. Fedorenko O.V., Kossov V.N., Krasikov S.A., Zhaneli M., Seydaz T. Numerical modelling of multi-component mass transfer regimes in four-component gas systems // Bulletin of the Karaganda university. Physics series. – 2023. – № 4 (112).

Халықаралық конференциялардың материалдары мен тезистері.

1. Косов В.Н, Федоренко О.В., Шаихислямова Ж.Ж. Разделение компонентов в системах с парниковыми газами, вызванное конвективной неустойчивостью // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 19 – 20.
2. Сейдаз Т.М., Федоренко О.В. Диффузионный массоперенос основных компонентов через слой газа-разбавителя двуокиси углерода // Сборник тезисов Международной научной конференции, посвященной памяти академика Национальной академии наук РК Э.Г. Бооса, 27 февраля 2023 г. – Алматы: ТОО «Физико-технический институт», Satbaev University, 2023. – С. 25.
3. Kossov V., Fedorenko O., Zhakebayev D., Asembaeva M. Occurrence of Convective Formations in Ternary Gas Systems Containing Greenhouse gases // Books of Abstracts of the 11^th Conference of the International Marangoni Association, 19 – 22 June 2023, Bordeaux (France). – P. 139 – 140.

 [:]