Soret-driven convection and separation of binary mixtures in a porous horizontal slot submitted to a heat flux

The onset of Soret-driven convection in a shallow porous horizontal layer filled with a binary mixture and submitted to a vertical heat flux on the two horizontal walls is investigated. We study the species separation between the two vertical ends of the cell, which appears for low values of the Rayleigh number and for positive separation ratio. An analytical solution is performed and the separation is expressed in terms of thermal Rayleigh number, Lewis number, separation ratio and aspect ratio of the cell. These analytical results are corroborated by direct non-linear numerical simulations. Then, the results are compared with those obtained in a differentially heated vertical cavity.

RésuméOn étudie la naissance de la convection thermosolutale avec prise en compte de lʼeffet Soret, dans une couche mince horizontale poreuse remplie dʼun mélange binaire et soumise à un flux de chaleur vertical sur ces deux parois horizontales. Pour de faibles valeurs du nombre de Rayleigh et pour des facteurs de séparation positifs, la séparation des espèces entre les deux extrémités verticales de la cellule est déterminée. On développe une solution analytique qui permet dʼexprimer la séparation en fonction du nombre de Rayleigh, du nombre de Lewis, du facteur de séparation et du rapport dʼaspect de la cellule. Ces résultats analytiques sont corroborés par des simulations numériques directes et comparés avec ceux obtenus en cellule verticale.