Термокапиллярный эффект

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]

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]

Термокапиллярное движение капли во внешнем градиенте температуры. Рассмотрим задачу о термокапиллярном эффекте для капли, помещенной в неоднородную по температуре жидкую среду [319]. При наличии внешнего градиента температура не будет постоянной вдоль поверхности капли, поэтому следует ожидать появления термокапиллярных напряжений, которые направлены от горячего полюса капли к холодному, если ко- [c.238]

Что касается тепловой части задачи, то в рассматриваемом случае для описания термокапиллярного эффекта недостаточно ограничиться нулевым приближением поля температуры по малому числу Пекле, поскольку в этом случае температура оставалась бы постоянной вдоль поверхности капли. Поэтому вместо уравнений (6.2.2) здесь используются более общие уравнения конвективной теплопроводности [c.245]

В предельном случае /3 оо (большая вязкость вещества капли) термокапиллярный эффект не влияет на движение, -В — у, капля будет обтекаться как твердая сфера и из (6.3.3) получается закон Стокса (2.2.5). При т = О (отсутствие тепловыделения или незави- [c.246]

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]

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]

Предлагаемая работа посвящена изучению термокапиллярной неустойчивости в двухслойной системе с поперечным градиентом температуры, на деформируемой границе раздела сред которой присутствует нормальный термокапиллярный эффект. В целях систематизации обнаруживаемых колебательных режимов и для лучшего понимания их механизмов были исследованы различные модельные задачи, в которых за развитие неустойчивости в системе ответственна заданная асимметрия свойств неодинаковая толщина слоев, разные вязкие или тепловые свойства 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]

Заключение. В двухслойной системе с деформируемой границей раздела можно выделить два типа колебательной неустойчивости термокапиллярные волны и капиллярные волны, поддерживаемые термокапиллярным эффектом. Колебания, которые можно классифицировать как капиллярные, могут быть обусловлены геометрической асимметрией системы или неодинаковостью вязких свойств жидкостей и возникают в области средних и коротких волн. В длинноволновой области кривые дисперсионных соотношений этих мод имеют вид, характерный для термокапиллярных волн, когда частота колебаний не зависит от волнового числа при малых его значениях. Единственной колебательной неустойчивостью, являющейся капиллярной при любых значениях длины волны, оказалась та, что возникает при подогреве со стороны слоя с меньшим коэффициентом кинематической вязкости. [c.20]

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]

Здесь K-j x) - отношение термокапиллярного касательного напряжения к значению касательного напряжения на стенке при отсутствии температурных эффектов, определяемых зависимостями (1). Параметры [c.203]

Первый квадрант плоскости (К >0, В > 0) соответствует нор-мальной жидкости (а >> О, р>0), подогреваемой снизу. Как и следовало ожидать, в этом случае термокапиллярный эффект приводит к понижению устойчивости. [c.290]

Существенное влияние на пространственную структуру конвективных движений в припороговой области оказьшают такие осложняющие факторы, как зависимость физических параметров жидкости от температуры [50], нарушение линейности равновесного профиля температуры [51], термокапиллярный эффект [52] и др. При наличии какого-либо из перечисленных факторов система амплитудных уравнений требует модификации для движения с гексагональной пространственно-периодической структурой (N = 3), волновые векторы которого расположены друг к другу под углами 120°. Для этого движения уже во втором порядке по е вместо набора линейных уравнений типа (33.20) получается нелинейная система амплитудных уравнений, одно из которых имеет вид [c.263]

В заключение данного пункта остановимся на некоторых результатах, относящихся к модификациям рассматриваемой задачи. Слабые эффекты типа зависимости параметров жидкости от температуры, порождающие квадратичные члены в амплитудных уравнениях, приводят к конкуренции двух форм конвективных движений - валов и гексагональных ячеек. Для валов, помимо перечисленных ранее типов возмущений, становятся существенными резонансно взаимодействующие возмущения с волновыми векторами, составляющими углы 60° и 120° по отношению к волновому вектору основного течения ( гексагональная неустойчивость). С этими возмущениями связано появление новой границы неустойчивости, что приводит к сокращению области Буссе для двумерных валов (рис. 162). Область устойчивости правильных гексагональных ячеек ( / il = к - 1А з1 = к) лежит внутри замкнутой кривой максимальное и минимальное значения числа Рэлея соответствуют к = к - Упомянем здесь также работы, посвященные исследованию устойчивости конвективных движений в горизонтальном слое с внутренними источниками тепла [67] и при наличии термокапиллярного эффекта [68]. [c.268]

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]

Для того чтобы подчеркнуть роль химической реакции, описываемые далее термокапиллярные эффекты принято называть хемо-термокапиллярными. [c.245]

Возможность потери устойчивости равновесия под действием термокапиллярного эффекта впервые была показана в [1] на примере плоского, подогреваемого снизу слоя. Для не деформируемой свободной поверхности и монотонных возмущений в явном виде выписано выражение для критических чисел Марангони, при которых происходит смена устойчивости. При учете деформируемости свободной поверхности установлено [2], что капиллярность приводит к понижению порога устойчивости в области малых волновых чисел. В работе [2] также рассматривались только нейтральные монотонные возмущения. Осциллирующей неустойчивости в плоском слое с недеформируемой свободной поверхностью нет [3]. Учет деформаций свободной границы приводит к появлению осциллирующих возмущений нового типа, которые являются наиболее опасными в области коротких волн [4]. [c.3]

Фиг. 4. Относительное утолщение пленки вдоль пластины с локальным источником тепла I - расчет с учетом только температурной зависимости вязкости Gj = 0), 2 - расчет с учетом только термокапиллярного эффекта (fi. = Ц-о = onst), 3 - расчет с учетом обоих эффектов, 4 - измерение с помощью щлирен-метода. С = 25%, Го = 20°С,

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]

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]

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]

Рассмотрим задачу об установившемся термокапиллярном движении в слое жидкости толщиной Н. Движение считается двумерным. Зависимость поверхностного натяжения от температуры принимается квадратичной в соответствии с выражением (6.1.19). Термогравитационный эффект не учитывается. Предполагается, что на твердой нижней поверхности поддерживается линейное распределение температуры, а плоская поверхность слоя теплоизолирована. Начало декартовой системы координат X, помещается на твердой поверхности. [c.236]

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]

Замечание. Задача о массопереносе к капле для диффузионного режима реакции на ее поверхности в условиях термокапиллярного движения формулируется так же, как в его отсутствие (см. разд. 4.4), с учетом соответствующих изменений в поле скоростей жидкости. В [50] рассмотрена более сложная задача для хемокапиллярного эффекта с тепловыделением, описанного в [51-53, 163]. Считалось, что на поверхности капли протекает химическая реакция с конечной скоростью. [c.247]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...