Термокапиллярная сила

Если температура поверхности раздела фаз переменна, то должны появиться термокапиллярные силы. При капельной конденсации температура стенки изменяется во времени и по поверхности. Пульсации температуры объясняются переменным термическим сопротивлением конденсированной фазы (а в ряде случаев могут быть следствием процесса теплообмена со стороны охлаждающего агента)—см., например, [6-5, 6-14]. [c.145]

Исходя из возможности суперпозиции эффектов, обусловленных капиллярными силами первого и второго рода, для тангенциальной термокапиллярной силы можно написать [c.146]

Представим себе теперь возмущение равновесия жидкости, при котором ее нагретый элемент всплывает на свободную поверхность. Возникающие при этом термокапиллярные силы будут направлены от всплывшего элемента и вызовут радиальное растекание нагретой жидкости. Это приведет (в силу неразрывности) к подъему из глубины новых — тоже нагретых — элементов жидкости. Таким образом, термокапиллярные силы (при подогреве снизу) приводят к развитию начального возмущения. Разумеется, диссипативные эффекты (вязкость и теплопроводность) препятствуют развитию движения, и поэтому для возникновения термокапиллярного движения требуется достаточный градиент поверхностного натяжения, т. е. должно существовать пороговое значение вертикального градиента температуры. [c.285]

Перейдем к рассмотрению условий на верхней свободной границе. Связанная с неоднородностью коэффициента поверхностного натяжения а тангенциальная сила на единицу площади плоской поверхности равна / = Уа. Граничное условие на свободной поверхности с учетом термокапиллярной силы запишется следующим образом р. 2 ] [c.286]

Как известно, с увеличением концентрации адсорбированного вещества коэффициент поверхностного натяжения уменьшается (см. Р ]). Нетрудно представить себе поэтому влияние поверх-ностно-активных добавок на термокапиллярный механизм неустойчивости. В самом деле, если под влиянием возмущения элемент жидкости всплывает на поверхность, то в данном месте поверхности образуется участок с относительно меньшей концентрацией поверхностно-активной примеси, и, следовательно, с большим поверхностным натяжением. Поэтому возникают тангенциальные силы, направленные радиально к этому участку поверхности. Эти силы, таким образом, направлены противоположно термокапиллярным силам, обусловленным неоднородностью температуры поверхности. Следовательно, наличие адсорбированной пленки должно оказывать стабилизирующее действие на возникновение термокапиллярной конвекции. [c.292]

При исследовании устойчивости относительно плоских возмущений сохраняются амплитудные уравнения (30.7) остаются неизменными также условия на нижней границе. На свободной границе поддерживается линейное распределение температуры поэтому отсутствует возмущение термокапиллярной силы и, следовательно, при л = 1 ip = = О, 0=0. Амплитудные уравнения для спиральных возмущений (30.8) не меняются, как и условия на нижней границе. На свободной границе при х = имеем [c.208]

Термокапиллярная сила рг имеет размерность давления она направлена тангенциально к поверхности жидкости. [c.284]

Критерий Пк учитывает влияние термокапиллярного движения на рост и теплоотдачу конденсированной фазы. Его можно трактовать как отнощение термокапиллярных сил к силам вязкости. [c.285]

Полученные результаты показывают, что термокапиллярные силы порождают сложное циркуляционное движение жидкости в слое, причем поток меняет направление на глубине, равной 1/3 толщины слоя. Как и следовало ожидать, поток симметричен относительно плоскости X = 0 с температурой Тд вдоль этой плоскости происходит истечение жидкости из придонного слоя. [c.238]

Оценим действующую на каплю термокапиллярную силу и скорость термокапиллярного дрейфа капли в отсутствие гравитации. Считаем внешнюю жидкость бесконечно протяженной, а неоднородное поле температуры вдали от капли — линейным [c.239]

Скорость движения капли при наличии термокапиллярной силы и в отсутствие гравитации можно найти, если положить силу Р в (6.2.8) равной нулю. В результате получим [c.241]

Результаты (6.2.8) для термокапиллярной силы Fj, и (6.2.9) для скорости термокапиллярного дрейфа, полученные в предположении постоянства градиента температуры вдали от капли, оказываются справедливыми и в случае, когда этот градиент не является постоянным. При этом их удобно переписать в векторном виде [302] [c.242]

Соответствующая задача рассмотрена в работах [155, 268]. Излучение в [155] считалось имеющим форму плоскопараллельного луча, поглощающегося на поверхности капли, как на черном теле, но свободно проходящего через внешнюю жидкость, причем температура вдали от капли принималась постоянной. Для термокапиллярной силы и скорости термокапиллярного дрейфа капли под действием излучения в отсутствие гравитации были получены выражения (J — мощность потока излучения) [c.243]

Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование течения пленки жидкости по вертикальной поверхности в условиях определяющего влияния термокапиллярных сил. Численные расчеты формы поверхности пленки проведены в рамках приближения тонкого слоя в двумерном стационарном случае с учетом зависимости вязкости жидкости от температуры и перераспределения теплового потока в нагревательном элементе. В экспериментах для создания градиентов температуры на поверхности жидкости до 10 К/мм и более использовался локальный источник тепла. Толщина пленки определялась с помощью шлирен-метода с отражением. Измерена относительная толщина вала в области верхней кромки нагревателя, характерная для формирования регулярных структур, которая составляет a/Aq = 1,32 0,07, что удовлетворительно согласуется с результатами численных расчетов. [c.200]

Движение жидкости в пленке может быть обусловлено массовыми силами силой тяжести или (во вращающихся системах) центробежными силами. Кроме того, при движении внешнего по отношению к пленке газового потока со значительными скоростями наблюдается увлечение пленки в направлении движения потока. Специфический вид движения жидкости внутри пленки может происходить также под действием переменного по длине пленки поверхностного натяжения, например, из-за продольного градиента температур (термокапиллярное течение). [c.155]

Сущность термокапиллярного механизма неустойчивости может быть понята из следующих рассуждений. Пусть подогреваемая снизу жидкость имеет свободную верхнюю поверхность, причем коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры (почти у всех жидкостей этот коэффициент с ростом температуры уменьшается). Если по какой-либо причине вдоль свободной границы меняется температура, а вместе с ней и поверхностное натяжение, то в этом случае, как известно Р возникает тангенциальная сила, направленная вдоль градиента поверхностного натяжения, т. е. в сторону убывания температуры. [c.285]

Таким образом, природа неустойчивости подогреваемого слоя жидкости со свободной границей зависит от толщины слоя. В тонком слое (А <С Ас) кризис вызывается термокапиллярным механизмом. В толстом слое (А Ас) определяющую роль в возникновении. конвекции играет подъемная сила. В промежуточной области конкурируют оба механизма неустойчивости ). [c.291]

После того, как был указан термокапиллярный механизм неустойчивости, стало ясно, что во многих случаях, когда наблюдались ячеистые движения в тонких слоях жидкости со свободной границей, этот механизм играл существенную роль или даже был основным фактором возникновения конвекции. Переоценка проведенных ранее экспериментов коснулась даже известных опытов Бенара, которые в свое время послужили начальным толчком для создания теории конвективной устойчивости. В опытах Бенара наблюдалась ячеистая структура течения в подогреваемых снизу тонких слоях (А 1 мм) расплавленного спермацета. Численные оценки (см. Р 2 з ]) показывают, что в части этих опытов наблюдалось развитое движение при настолько малых разностях температур, что подъемная сила в этих условиях не смогла бы привести к неустойчивости. Это обстоятельство определенно свидетельствует о термокапиллярной природе этих движений. [c.291]

Следует подчеркнуть, что поскольку термокапиллярный эффект никак не связан с направлением силы тяжести, он может служить причиной возникновения ячеистых движений в тонких пленках, покрывающих произвольно ориентированные по отношению к силе тяжести поверхности разность температур в таких пленках может возникнуть, например, в результате испарения жидкости. Термокапиллярная неустойчивость в слое жидкости на сферической поверхности изучалась в работе Р]. [c.291]

Термокапиллярная движущая сила определяется следующим образом [c.284]

Как показывают измерения, при капельной конденсации температура стенки изменяется во времени и по поверхности. Пульсации температуры объясняются переменным термическим сопротивлением конденсированной фазы, неравномерно расположенной по поверхности стенки. Можно думать, что переменность толщины пленки и кривизны границы раздела фаз будет обусловливать и переменность температуры поверхности жидкой фазы и, следовательно, появление термокапиллярной движущей силы Л. 89]. [c.284]

В случае недеформируемой свободной поверхности имеется только один механизм потери устойчивости равновесия. Он связан с неоднородным распределением температуры на свободной границе и действием поверхностных сил. Это термокапиллярная неустойчивость [1]. При учете капиллярности появляется другой механизм, приводящий к потере устойчивости равновесия, - рэлеевская неустойчивость, которая обусловлена геометрией свободной поверхности. [c.6]

Исследовалась устойчивость равновесия системы, состоящей из двух плоских слоев несмешивающихся вязких жидкостей и находящейся в условиях невесомости. На деформируемой границе раздела сред действует сила поверхностного натяжения, линейно зависящая от температуры. Рассмотрены три модельные системы, возникновение неустойчивости в каждой из которых обусловлено конкретной асимметрией в свойствах жидкостей или толщине слоев. Обсуждаются условия возбуждения на поверхности раздела продольных термокапиллярных и поперечных капиллярных волн, поддерживаемых термокапиллярным эффектом. [c.13]

Обсуждение результатов экспериментов и расчетов. На фиг. 3 приведены шлирен-изображения пленки для различных тепловых потоков при Ке = 0,5, по которым можно проследить динамику формирования регулярных структур. Начальная толщина стекающего слоя жидкости /го = 100 мкм. Локальный нагрев пленки приводит к появлению стационарного горизонтального утолщения пленки - вала в области верхней кромки нагревательного элемента. Вал, формируемый поверхностной силой термокапиллярной природы, возникал при самых малых тепловых потоках. [c.205]

Опыты В. И. Толубинского [199] показали, что при кипении воды под атмосферным давлением возрастание коэффициента теплоотдачи с уменьшением уровня наблюдалось только при плотностях теплового потока менее 100 кВт/м . При q> 00 кВт/м рост а не наблюдается вплоть до толщин разрыва. пленки термокапиллярными силами. Результаты этих опытов представлены на рис. 7.9, а. Здесь по оси ординат отложено отношение коэффициента теплоотдачи при кипении в пленке к коэффициенту теплоотдачи в большом объеме аб.о, т. е. при достаточно большом уровне жидкости. На рис. 7.9, б показано влияние уровня h на а при кипенЕИ воды по опытным данным Якоба и Линке [199]. [c.197]

Здесь , С — соответственно температурные коэффициенты поверхно- стного натяжения и расклинивающего давления. При 8- оо имеем П- -0, и Pt Pto т. е. актуальными являются только термокапиллярные силы первого рода. [c.146]

Теплота переохлаждения конденсата 43 Термический коэффициент объемного расширения 23 Термодинамическая теория капиллярности 6 Термодинамический потенциал двухфазной системы 16 Термокапиллярная сила 146 Тол1цина поверхности разрыва 6 [c.236]

Под действием термокапиллярных сил в зоне действия парогазового пузыря развивается интенсивная термоконвекция. [c.219]

НО С Граничными условиями (41.2), (41.3), (41.10), учитывающими существование на свободной поверхности термокапиллярных сил. Хотя задача допускает точное решение, полу-чающееся характеристическое соотношение для определения границы устойчивости оказывается очень сложным. Поэтому в работе Р] было получено приближенное решение задачи по методу Фурье. В результате расчетов была численно найдена связь между тремя параметрами — числами Рэлея К, Марангони В и волновым числом к на границе устойчивости ). Минимизация нейтральных кривых позволяет получить связь минимальных критических значений Нгп и Вт, т. е. определить границу устойчивости равновесия при одновременном действии обоих механизмов неустойчивости. [c.289]

Условия на нижней (твердой) границе и условие замкнутости сохраняются. На верхней (свободной) границе задано линейное распределение температуры (30.1) и потому Го(/г) = 0. Hpi записи условия для скорости учтем наличие на поверхности касательной термокапиллярной силы Марангони, обусловленной температурной зависимостью коэффициента Поверхностного натяжения а(Г). У большинства жидкостей с ростом температуры а уменьшается тангенциальная поверхностная сила направлена сторону убьшания температуры. Баланс вязкой и термо капиллярной [c.207]

Первое слагаемое Ру в (6.2.8) представляет собой результат Адамара — Рыбчинского для силы сопротивления капли в поступательном потоке (2.2.15). Второе слагаемое есть термокапиллярная сила, действующая на каплю во внешнем градиенте температуры за счет эффекта Марангони. [c.241]

Термокапиллярная неустойчивость равновесия цилиндрического слоя с недеформируемой свободной поверхностью при наличии радиального градиента температуры относительно монотонных возмущений исследована в [5]. Были численно построены нейтральные кривые и показано, что термокапиллярные силы могут привести к потере устойчивости равновесия и в цилиндрической области. Учет деформируемости свободной поверхности для этой задачи был проведен в [6]. В предположении монотонности возмущений в явном виде выписано выражение для критических чисел Марангони и исследовано поведение нейтральной кривой при изменении параметров задачи. Было обнаружено, что при учете капиллярности в диапазоне больших значений чисел Вебера единая нейтральная кривая распадается на три самостоятельные части. Объяснения этого явления без рассмотрения всего спектра возмущений дать не удалось. Кроме того, остался открытым вопрос о наличии осциллирующих возмущений. [c.3]

Таким образом, термокапиллярный механизм наряду с обычным механизмом, связанным с конвективной подъемной силой, может служить причиной неустойчивости равновесия подогреваемой жидкости. Для выяснения относительной роли обоих механйзмов в возникновении конвекции Нилдом Р] было предпринято исследование устойчивости равновесия плоского горизонтального слоя с учетом как термокапиллярных, так и подъемных сил. В предположении монотонности X = 0) дело сводится к решению амплитудных уравнений для нейтральных возмуще- [c.289]

Остановимся теперь коротко на некоторых усложнениях задачи Цр рсона. Поскольку термокапиллярная неустойчивость обусл66л1на действием поверхностных сил, этот эффект оказывается весьма чувствительным к различным изменениям свойств свободной поверхности. Наиболее существенное влияние на термокапиллярную неустойчивость оказывает наличие на свободной поверхности адсорбированной пленки поверхностно-актив-ного вещества. [c.291]

Расчет методом сеток нелинейной конвекции в плоской ячейке с учетом подъемной и термркапиллярной сил произведен в работе Р]. В для изучения надкритической термокапиллярной конвекции применен метод малого параметра, аналогичный методу В. С. Сорокина ( 21). Результаты используются для описания конвекции в слое металла и в слое шлака на поверхности металла. [c.388]

Ослабление граничного условия для температуры на свободной поверхности вызывает к жизни новый специфический термокапиллярный механизм неустойчивости. Его природа связана с появлением дополнительной силы Марангони, обусловленной возму щением температуры на свободной поверхности. [c.210]

Конвекция - процесс массопереноса в результате перемещения макрообъемов флюида (газа или жидкости). Конвекция может быть свободная (естественная), появляющаяся в поле действия гравитационных сил при наличии неоднородности плотности во флюиде, возникшей в результате действия градиентов температуры или химического потенциала. Вынужденная конвекция вызывается внешним механическим воздействием на среду. Капиллярная конвекция появляется в объемах жидкости со сврбодной поверхностью при наличии перепадов поверхностного натяжения, вызванных действием градиентов температуры (термокапиллярная конвекция) или химического потенциала поверхностноактивного вещества. [c.389]

Непостоянство коэффициента поверхностного натяжения вдоль границы раздела двух несмешивающихся жидкостей проявляется в том, что на поверхности возникают дополнительные касательные напряжения, называемые капиллярными, которые могут существенно влиять на движение жидкостей, а в случае отсутствия гравитации и других сил полностью определяют ее движение. Явления, обусловленные возникновением сил, связанных с градиентами поверхностного натяжения, носят общее название эффекта Марангони. В частности, если существенна температурная зависимость поверхностного натяжения, то говорят о термокапиллярном эффекте, если концентрационная — о концентрационно-капиллярном эффекте. [c.231]

Термогравитационная конвекция. Рассмотрим движение вязкой жидкости в бесконечно протяженном слое постоянной толщины 2/г. Сила тяжести направлена перпендикулярно слою. На нижней плоской твердой поверхности поддерживается постоянный градиент температуры. Неоднородность поля температуры приводит к двум эффектам, способным вызвать движение жидкости термогравитационному, связанному с тепловым расширением жидкости и появлением архимедовых сил, и термокапиллярному (если вторая поверхность является свободной), связанному с появлением касательных напряжений на межфазной границе вследствие зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры. [c.232]

Термогравитационное движение описывается в приближении Бус-синеска, согласно которому в уравнениях движения (6.1.1) — (6.1.3) и теплопроводности (6.1.4) непостоянство плотности учитывается лишь в члене, отвечающем за архимедову силу (последнее слагаемое в уравнении (6.1.2)) и пропорциональном отклонению температуры от среднего значения. Термокапиллярное движение создается поверхностными силами, которые учитываются в граничном условии на свободной поверхности (см. ниже). [c.232]

Число Марангони Ма задает интенсивность термокапиллярного воздействия на границе раздела, а капиллярный параметр Са характеризует способность границы к деформации под воздействием вязких сил. Плоской недеформируемой поверхности раздела соответствует бесконечно большое значение Са. Поскольку знак Ма совпадает со знаком 0], положительные числа Марангони означают подогрев со стороны "первого" слоя, а его отрицательные значения - подогрев со стороны "второго" слоя жидкости. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...