Анализ поведения пленки бинарного гомогенного раствора при тепловом воздействии

Об авторе:

Аннотация:

Исследование процессов, происходящих в жидких пленках под тепловым воздействием, позволяет совершенствовать самые разные технологические системы, так как тонкий слой дает возможность обеспечивать высокую интенсивность тепломассопереноса и значительную поверхность контакта фаз при минимальном расходе жидкости. Теоретическому и экспериментальному изучению пленочных течений посвящено множество работ как российских, так и зарубежных авторов, при этом недостаточно внимания уделено исследованию поведения пленок бинарного гомогенного раствора. Данная работа посвящена изучению поведения тонкой пленки жидкости, содержащей летучую компоненту, при локальном нагреве твердой горизонтальной подложки. Представленные расчеты выполнены для водного раствора изопропанола. Описано формирование спе­цифической формы поверхности, образуемой при достаточных повышении температуры подложки и первоначальной толщине пленки — так называемой жидкой капли, отделенной от основного объема жидкости тонким протяженным слоем, что объясняется последовательным возникновением термо- и концентрационно-капиллярного течения. Показано существенное влияние лапласовского скачка давления на характер всего процесса. Также к разнонаправленным течениям, но уже в обратных направлениях, приводит охлаждение подложки. Проведен анализ функций температуры свободной поверхности пленки, концентрации летучей компоненты в растворе, плотности паров над свободной поверхностью в различные моменты времени. Проиллюстрировано поле скорости в жидкости и газе при развитии термокапиллярного и концентрационно-капиллярного течений.

Список литературы:

1. Андреев В. К. Современные математические модели конвекции / В. К. Андреев, Ю. А. Гапоненко, О. Н. Гончарова, В. В. Пухначев. М.: Физматлит, 2008.

2. Бекежанова В. Б. Задачи испарительной конвекции (обзор) / В. Б. Бекежанова, О. Н. Гончарова // Прикладная математика и механика. 2018. Том 82. № 2. С. 219‑260.

3. Бородина К. А. Термокапиллярное течение бинарной гомогенной пленки раствора с учетом диффузии паров летучих компонентов / К. А. Бородина // Вестник Башкирского Университета. 2020. Том 25. № 3. С. 472-477. DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2020.3.3

4. Бородина К. А. Модель эволюции пленки бинарного гомогенного раствора при тепловом воздействии / К. А. Бородина // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2020. Том 6. № 4 (24). С. 48-68. DOI: 10.21684/2411-7978-2020-6-4-48-68

5. Иванова Н. А. Термокапиллярное движение тонкой пленки бинарного спиртосодержащего раствора / Н. А. Иванова, К. А. Бородина // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. Том 20. № 1. С. 64-78. DOI: 10.18500/1816-9791-2020-20-1-64-78

6. Ivanova N. A. Influence of the liquid layer thickness on the growth of droplets controlled by the thermal action of laser radiation / N. A. Ivanova, B. A. Bezuglyǐ // Technical Physics Letters. 2009. Vol. 35. No. 4. Pp. 293-295. DOI: 10.1134/S1063785009040014

7. Kabov O. A. Evaporation and flow dynamics of thin, shear-driven liquid films in microgap channels / O. A. Kabov, D. V. Zaitsev, V. V. Cheverda, A. Bar-Cohen // Experimental Thermal and Fluid Science. 2011. Vol. 35. No. 5. Pp. 825-831. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2010.08.001

8. Malyuk A. Yu. Optofluidic lens actuated by laser-induced solutocapillary forces / A. Yu. Malyuk, N. A. Ivanova // Optics Communications. 2017. Vol. 392. Pp. 123-127. DOI: 10.1016/j.optcom.2017.01.040

9. Malyuk A. Yu. Varifocal liquid lens actuated by laser-induced thermal Marangoni forces / A. Yu. Malyuk, N. A. Ivanova // Applied Physics Letters. 2018. Vol. 112. No. 103701. DOI: 10.1063/1.5023222

10. Marchuk I. V. Deformation of a Horizontal Liquid Layer under Flash Local Surface Heating / I. V. Marchuk // Journal of Engineering Thermophysics. 2015. Vol. 24. No. 4. Pp. 381-385. DOI: 10.1134/S181023281504013X

11. Nepomnyashchy A. Interfacial convection in multilayer system / A. Nepomnyashchy, I. Simanovskii, J. C. Legros. Boston, MA: Springer, 2012. 513 p. DOI: 10.1007/978-0-387-87714-3

12. Ovcharova A. S. Features of the rupture of free hanging liquid film under the action of a thermal load / A. S. Ovcharova // Physics of Fluids. 2011. Vol. 23. No. 10. Art. 102106. DOI: 10.1063/1.3651361

13. Tatosova K. A. Droplet formation caused by laser-induced surface-tension-driven flows in binary liquid mixtures / K. A. Tatosova, A. Yu. Malyuk, N. A. Ivanova // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2017. Vol. 521. Pp. 22-29. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2016.07.004