Конвекция термокапиллярная

Экспериментальному изучению возникновения конвекции в горизонтальном слое посвящено большое количество работ. Первые опыты Бенара [ 2], в которых наблюдалось появление ячеистой конвекции в тонких слоях вязких жидкостей (спермацет, парафин) со свободной верхней границей, не предназначались для точного определения границы устойчивости. На свободной границе, как правило, трудно контролировать тепловые граничные условия, что делает обстановку опыта не вполне определенной. К тому же, как выяснилось позднее, в опытах Бенара существенную роль играл термокапиллярный эффект (см. 41). [c.46]

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]

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]

Термокапиллярная неустойчивость равновесия слоев жидкости представляет интерес не только как фундаментальная физическая проблема, но и с точки зрения возможных технических приложений в условиях, когда другие механизмы возбуждения конвекции становятся несущественными. Так, в системе, состоящей из двух несмешивающихся слоев жидкостей, при наличии нормального к границе раздела градиента температуры кризис равновесия в невесомости связан именно с термокапиллярным эффектом [1-5]. В зависимости от соотношений параметров сред и толщины слоев неустойчивость носит монотонный или колебательный характер и может возникать при подогреве со стороны любой из жидкостей. [c.13]

В двухслойных системах с плоской недеформируемой границей раздела возникновение стационарной конвекции вследствие термокапиллярного эффекта может быть обусловлено либо неодинаковой толщиной слоев, либо различием в коэффициентах температуропроводности жидкостей [2]. Поэтому в отсутствие деформации границы в исследуемой системе монотонной моды не существует. Однако при подогреве со стороны слоя с большим значением коэффициента кинематической вязкости обнаружена термокапиллярная колебательная неустойчивость. Коэффициенты динамической вязкости сред также оказывают влияние на рост возмущений в системе, но в отличие от V их неравенство не может являться причиной потери устойчивости. [c.17]

В модели нижняя граница слоя - жесткая плоскость, на которой выполняются условия прилипания. Верхняя граница свободна, но при этом она остается везде плоской и недеформированной, что соответствует твердой крышке без трения. В реальности верхняя граница слоя деформируется, что приводит, например, к появлению на поверхности расплава А -лучевой звезды, описанной ниже. Для простоты вычислений деформация не учитьшается. В модели не рассматривается термокапиллярная конвекция на поверхности слоя. [c.38]

Первая модель рассматривает распространение непрерывного излучения или длинного импульса СОг-лазера с интенсивностью 10 —10 Вт-см-2 [1, 10, 23, 36] в капельных средах при широкой вариации размеров частиц. Существенной стороной модели является представление о пороге взрыва капель. Здесь порог взрыва определен по мгновенной интенсивности. Физически это возможно при умеренных энерговыделениях в капле, когда в балансе энергии участвует отток тепла за счет поверхностного испарения, происходит перераспределение источников тепла за счет теплопроводности и термокапиллярной конвекции внутри капли [21, 49]. Последний фактор выравнивает неоднородности тепловых источников и делает возможным использование соотношений, полученных для изотропно поглоп аюш их капель (ао<1) на случай крупных частиц ао Х). Данный тип взрыва характеризуется малой степенью взрывного испарения (Хвз 0,1). В модели вводится понятие критического радиуса капли акр такого, что капли с аСйкр не разрушаются, а капли с а>акр взрываются. Таким образом, в результате взрыва капли с ао>акр сформируется спектр осколков с радиусами <3к<акр. Ясно, что данная модель не описывает длительности временного интервала разрушения. В [23] установлены аппроксимационные зависимости для пороговой интенсивности и кр. [c.129]

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]

Во всех цитированных работах свободная поверхность жидкости считалась плоской. Это ограничение было снято в работах Р ]. В первой из этих работ учитывались капиллярные волны на границе раздела двух жидкостей, а во второй — также и гравитационные в обеих работах принимался во внимание лишь термокапиллярный механизм неустойчивости. Рассмотрение показывает, что, как и в случае термогравитационной конвекции ( 9), учет деформируемости свободной поверхности приводит, в общем, к понижению устойчивости, причем эффект оказывается существенным в случае очень тонких слоев высоковязких жидкостей. [c.292]

Вопрос о влиянии магнитного поля на возникновение термокапиллярной конвекции в плоском горизонтальном слое проводящей жидкости рассматривался в работе Нилда P ]. Как и в случае обычной гравитационной конвекции (см. 27), влияние поперечного магнитного поля оказывается стабилизирующим. В работе получена зависимость критического числа Марангони Вт от числа Гартмана М. При больших значениях М [c.292]

Бабский В. Г., Скловская И. Л., Гидродинамика в слабых силовых полях. Возникновение стационарной термокапиллярной конвекции в шаровом слое жидкости в условиях невесомости, Изв. АН СССР, МЖГ, [c.377]

Среди новых исследований термокапиллярной неустойчивости отметим Палмер и Берг Р] экспериментально изучали порог конвекции в горизонтальных слоях силиконовых масел со свободной поверхностью. Толщина слоя менялась в пределах от 0,24 до 10,3 мм, и при этом были существенны оба механизма неустойчивости —термогравитационный и термокапиллярный. Экспериментально найденная зависимость критического числа Рэлея от параметра Марангони хорошо согласуется с теоретическим результатом Нилда рх. 32]. р с. ИЗ. [c.388]

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]

Слой со свободной верхней границей. Пусть горизонтальный слой жидкости имеет нижнюю твердую границу, а верхнюю — свободную свободная граница будет считаться плоской. В случае термогравитационной конвекции учет искривления свободной поверхности вносит в решение конвективной задачи поправки порядка /30 (0 — характерная разность температур), которые в рамках приближения Буссинеска малы если же существенную роль играет термокапиллярный механизм конвекции, то ситуация становится более сложной и необходим дополнительный анализ - см. [11, 12 . [c.207]

Здесь W = —dajdT) f pg h ). Формулы (30.10) описьшают суперпозицию термо гравитационного и термокапиллярного течений. Их соотношение определяется безразмерным параметром W, который может быть записан в виде W = Mn/Ra, где Мп = (-doldT)Ah f (г)х) - число Марангони, Ra = = g Ah / vx) — число Рэлея. Если W 1, то преобладает термогравитационная составляющая конвекции при W > 1 — термокапиллярная. При [c.208]

Заканчивая обсуждение результатов исследования устойчивости адвективного течения в слое со свободной верхней границей, заметим, что предельный случай W оо соответствует переходу к термокапиллярному течению, которое в чистом виде может быть реализовано в невесомости в земных условиях существенное преобладание термокапиллярной компоненты конвекции над термогравитационной может иметь место в доста- [c.209]

Термокапиллярная конвекция может опособствовать быстрому удалению тонкого слоя жидкости под пузырьком (рис. 5.5,6), что приводит к уменьшению временного интервала между точками А и В (рис. 5.5, а). Кроме того, из-за термокапиллярной конвекции могут потребоваться большие перегревы стенки, чем те, которые получаются из формулы (5-9), что подтверждается некоторыми экспериментальными данными. [c.134]

На рис. 5.12 представлены результаты для случая, когда содержащая газ жидкость непрерывно поступает к поверхности наг,рева вследствие вынужденной конвекции. Пузырьки газа могут появляться при температурах, которые значительно ниже нормальной ТОЧКИ кипения, и даполнительный конвективный перенос, вероятно, вызванный термокапиллярной конвекцией, может приводить, как показано, к з начительно большим тепловым потокам. [c.143]

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]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция в слое жидкости..........................................................................................232 [c.4]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция в слое жидкости [c.232]

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]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 233 [c.233]

Совместное проявление термокапиллярной и термогравитационной конвекции. Рассмотрим теперь аналогичную задачу, когда одна из границ канала (верхняя) свободна и поверхностное натяжение а на ней зависит от температуры по линейному закону. В балансе касательных напряжений на свободной поверхности помимо вязких будут участвовать и термокапиллярные напряжения. Соответствующее граничное условие запишется в виде [c.234]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 235 [c.235]

Термогравитационная и термокапиллярная конвекция 237 [c.237]

Проводились измерения амплитуды колебания температуры Ь Т в слое жидкости по высоте (фиг. 8). Жидкостью являлся расплав системы СЬВО-МоОз, диаметр тигля 80 мм, высота слоя 4 = 40 мм, к = 3,у=7 Ю Гц, зонд перемещался по вертикали на расстоянии 7 = 35 мм от оси тигля. Видно, что средняя по времени температура в вертикальном сечении имеет типичный для свободноконвективной ячейки 8-образ-ный профиль. Между тем (2.7) подразумевает постоянную среднюю по времени температуру Го. Расхождение вызвано, во-первых, существованием в реальности термокапиллярной конвекции, не рассматриваемой в модели во-вторых, наличием боковых стенок тигля в-третьих, влиянием базового градиента температуры. Эти три фактора приводят к изменению профилей скорости и температуры от расчетного. [c.49]

Во время экспериментов на поверхности расплава наблюдалась четкая трехлучевая "звезда" (реализовался режим к = 3, три вертикальных нагревателя одновременно перегреты, течение разбивается на шесть секторов). Это видны границы между опускающимися потоками. Границы между поднимающимися потоками не видны, иначе была бы видна шестилучевая "звезда". В отличие от "ромашки", образуемой на поверхности расплава термокапиллярной конвекцией, наблюдаемая трехлучевая "звезда" не исчезала во время всего роста кристалла, так что течение, описываемое [c.49]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...