|
Механика
Процессы, протекающие в природе и технике, во многих случаях, включают жидкие неизотермические среды с деформируемой границей раздела "жидкость – газ". Наиболее простым, но достаточно распространенным случаем таких многофазных течений являются тонкие стекающие под действием гравитации пленки жидкости. Поверхностные силы в таком течении могут доминировать над объемными силами или быть сравнимыми с ними. Одно из обнаруженных явлений – это формирование пространственной самоорганизующейся структуры в тонкой движущейся под действием гравитации пленке жидкости при ее локальном нагреве со стороны подложки. Было обнаружено, что локальный нагрев приводит к местному существенному утолщению пленки вблизи передней кромки нагревателя (жидкого вала). При определенной пороговой плотности теплового потока течение разделяется на вертикальные струи, следующие с определенной длиной волны L и тонкую плёнку между ними.
В [1] было установлено, что формирование структур имеет термокапиллярную природу. Имеется достаточно много работ (см., например, [2]), в которых разработаны математические модели процесса и построены решения, но анализ ограничивался случаями одного нагревателя. Здесь для пленки, стекающей по плоской подложке и по расположенным на ней нескольким прямоугольным нагревателям, проведены расчеты эволюции полей скорости, температуры и положения поверхности раздела жидкость-газ. Расчеты проводились как при внезапном включении нагревателей, так и в случае постепенного набора ими заданной интенсивности за некоторое конечное время. При построении математической модели были использованы упрощения, основанные на порядковом различии величины вкладов отдельных факторов в соотношения. При этом было установлено, что при интенсивных локальных нагревах для процесса теплопереноса одинаково существенны оба механизма – конвективный и кондуктивный. Поэтому уравнение переноса энергии решалось в полной постановке.
Расчеты показали, что влияние нагревателя, расположенного выше по потоку, на динамику пленки и теплообмен вблизи последующих нагревателей весьма значительно и заключается в усилении местного перегрева и также в более значительных деформациях поверхности пленки.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (код проекта 04-01-00355).
ЛИТЕРАТУРА
1. Kabov O.A., Marchuk I.V. and Chupin V.M. Thermal Imaging Study of the Liquid Film Flowing on Vertical Surface with Local Heat Source// Russian Journal of Engineering Thermophysics. 1996. V. 6. No. 2. P.104-138.
2. Frank A.M. 3D numerical simulation of regular structure formation in a locally heated falling film// Europ. J. Mech. B/Fluids, 22(2003), 445-471.
Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции
Дата последней модификации: 06-Jul-2012 (11:52:45)