Влияние термокапиллярных течений на технологические процессы

• Автор: Тазюков, Фарук Хоснутдинович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 268 с. : ил.

I. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНЫХ ТЕЧЕНИЙ В АППАРАТАХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ . Краевые углы. Граничные условия на свободной поверхности 8
В работе Острача 4 указывается, что имеется два существенно различных режима течения, вызываемого фадиентом поверхностного натяжения. Вели градиент температуры направлен вдоль границы раздела двух сред, то он действует как сила трения, приложенная к соприкасающимся жидкостям и приводит к появлению течения или влияет на имеющееся течение. Такие течения называются термокапиллярнон конвекцией и возникают при сколь угодно малой разности температур на свободной поверхности жидкости. Если фадиент температуры устанавливается перпендикулярно границе раздела, то при некоторых условиях при условии достижения градиентом температуры порогового значения может возникнуть неустойчивость Марангони. К числу первых работ относится зкепериментальная работа Блока 5 по исследованию неустойчивости тонких слоев со свободной поверхностью и теоретическая работа Пирсона 6. Авторы этих работ пришли к выводу, что причиной неустойчивости тонких слоев жидкости при подогреве снизу является температурная зависимость коэффициента повсрхносгного натяжения.


Диссипативные эффекты, такие как вязкость и теплопроводность, будут препятствовать развитию
возмущении и для развития движения требуется достаточный градиент поверхностного натяжения, го есть необходимо иметь пороговое значение градиента температуры. Задача определения границы устойчивости решена Пирсоном 6 для двух случаев заданной температуры нижней стенки и заданного тепловою потока на нижней стенке тонкою горизонтального слоя. Поскольку неустойчивость Марангони обусловлена действием поверхностных сил, этот эффект очень чувствителен к различным изменениям свойств поверхности. Как отмечалось в работе Лсвича 1, поверхностноактивные вещества подавляют конвекцию Марангони. Аналогичные результаты по влиянию ПАВ приводятся в работах Берга . Согласно , механизм влияния ПАВ на конвекцию Марангони следующий если жидкость под влиянием градиента температуры всплывает на поверхность, то здесь образуется участок с меньшей концентрацией ПАВ и возникает тангенциальная сила, направленная к этому участку поверхности. При определенных условиях она может подавлять силы, обусловленные температурной зависимостью коэффициента поверхностного натяжения. В экспериментальной работе Берга в зависимости от высоты слоя жидкости исследовались слои высотой 0. Бергом показано, что в ограниченных по глубине обтемах жидкости при испарении может развиваться как обычный механизм конвекции, так и механизм, обусловленный градиентом поверхностного натяжения. Картины, наблюдаемые в работах 1,, аналогичны, при малых толщинах слоя жидкости наблюдается ячеистое течение с характерным масштабом ячеек.