Тепловая и концентрационная конвекция Марангони в тонких слоях жидкости

• Автор: Зуев, Андрей Леонидович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 303 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Конвективные капиллярные явления
1.1.1. Тепловая и концентрационная конвекция Марангони
1.1.2. Экспериментальное наблюдение капиллярных течений
1.1.3. Наземное моделирование явлений Марангони
1.2. Конвекция Марангони в тонких слоях жидкости
1.2.1. Теоретическое изучение капиллярных течений
1.2.2. Деформация поверхности в тепловых экспериментах
1.2.3. Деформация поверхности концентрационнокапиллярным течением
1.3. Термокапиллярный дрейф пузырьков
1.3.1. Теоретические исследования
1.3.2. Наземные эксперименты
1.3.3. Эксперименты в условиях микрогравитации
1.3.4. Влияние поверхностно-активных веществ
1.4. Стационарный и колебательный режимы термокапиллярного течения
1.5. Выводы к главе
II. РАЗРЫВ СЛОЯ ЖИДКОСТИ КАПИЛЛЯРНЫМ ТЕЧЕНИЕМ
2.1. Термокапиллярная деформация жидкого слоя
2.1.1. Методика исследования рельефа поверхности
2.1.2. Деформация слоя жидкости
2.1.3. Условия разрыва жидкого слоя

2.2. Концентрационно-капиллярная деформация жидкого слоя
2.2.1. Методика эксперимента
2.2.2. Условия разрыва слоя жидкости
2.3. Выводы к главе
III. КАПИЛЛЯРНЫЙ ДРЕЙФ ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ
3.1. Термокапиллярный дрейф пузырьков в вертикальном слое жидкости с боковым подогревом
3.1.1. Методика эксперимента
3.1.2. Скорость дрейфа пузырьков
3.2. Термокапиллярный дрейф пузырьков в жидкости, заполняющей тонкую горизонтальную полость
3.2.1. Методика эксперимента
3.2.2. Скорость дрейфа пузырьков
3.2.3. Учет взаимодействия пузырьков со стенками полости
3.3. Концентрационно-капиллярный дрейф пузырьков
3.3.1. Методика эксперимента
3.3.2. Скорость дрейфа пузырьков
3.4. Выводы к главе
IV. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ
4.1. Концентрационное течение вокруг пузырька
в двухслойной системе жидкостей
4.2. Концентрационное течение вокруг пузырька
в вертикально стратифицированном растворе ПАВ
4.2.1. Методика эксперимента
4.2.2. Поля температуры и концентрации вокруг пузырька
4.2.3. Эволюция полей концентрации
4.2.4. Динамика периода колебаний
4.3. Концентрационное течение вблизи поверхности пузырька
в плоском прямоугольном канале
4.3.1. Методика эксперимента
4.3.2. Структура конвективного течения
4.3.3. Порог возникновения концентрационно-капиллярных напряжений
4.3.4. Динамика периода колебаний
4.4. Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

1.2.2. Деформации поверхности в тепловых экспериментах
Экспериментальное изучение структуры течений и процессов теплообмена в плоских слоях жидкости при совместном действии гравитационной и капиллярной тепловых конвекций проводилось в большом количестве исследований. Так, в работах А.Г.Кирдяшкина [55— 56] и В.С.Бердникова с сотрудниками [57-58] получены данные измерения полей скоростей и температур при различной высоте слоя жидкости с верхней свободной границей в прямоугольных полостях, торцевые стенки которых нагреты до разной температуры, в том числе в условиях невесомости. Аналогичные результаты представлены группой японских авторов по результатам экспериментов на борту космической лаборатории ESA Spacelab-1 [59]. Острах и Прадхан (Ostrach S., Pradhan А.) [60] изучили термокапиллярную конвекцию в цилиндрическом сосуде с жидкостью при локальном нагреве поверхности, провели сопоставление экспериментальных результатов в условиях нормальной гравитации и при свободном падении в башне невесомости.
Результаты этих исследований позволяют констатировать, что в невесомости или в таких объемах жидкости, в которых термокапиллярные силы сравнимы с термогравитационными (Bd < 1), термокапиллярная конвекция действительно приводит к значительному перемешиванию жидкостей и отклонению условий теплопереноса от диффузионных. Однако, деформацией поверхности, сопровождающей возникновение термокапиллярного течения, чаще всего пренебрегают как малозначительной. В некоторых экспериментах, в которых деформация поверхности тем не менее проявлялась, исследователи ограничивались качественным ее описанием, а количественных измерений не проводили. Первое такое наблюдение восходит еще к опытам Хершея (Hershey A.V.) [38], который наблюдал осесимметричное термокапиллярное течение и образование холмика в тонком слое жидкости на предметном стекле,