Доклады о будущих и современных технологиях
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ ТОНКСА-ФРЕНКЕЛЯ И МАРАНГОНИ В ТОНКИХ ЖИДКИХ СЛОЯХ
А. А. Очиров, Д. Ф. Белоножко
Научный руководитель - Д. Ф. Белоножко, д-р физ.-мат. наук, профессор
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Известно, что подогрев горизонтального жидкого слоя со свободной верхней поверхностью со стороны твердого дна вызывает образование правильной ячеистой структуры на поверхности и в объеме жидкости. Однако при рассмотрении задач, связанных с тепловой конвекцией в тонких слоях жидкости (микрометры и меньше), зачастую используют несостоятельную модель возникновения и развития неустойчивости.
Показано, что при подогреве вязкого слоя теплопроводной жидкости, расположенного на твердой подложке, снизу существуют два режима реализации термокапиллярной неустойчивости. Первый - т. н. коротковолновой режим неустойчивости Марангони, классическая термокапиллярная неустойчивость с образованием правильной ячеистой структуры с размером порядка толщины слоя. Второй - т. н. длинноволновой режим с возникновением структур протяженностью порядка линейного размера пленки. существование двух режимов развития термокапиллярной неустойчивости Мараногни подтверждается экспериментально. Аналитически получено выражение описывающее условие нейтральной устойчивости, из которого следует, что в тонких пленках главенствующую роль играет не классическая неустойчивость Марангони, а длинноволновая неустойчивость.
При наличии избыточного поверхностного электрического заряда возникает неустойчивость Тонкса-Френкеля. Выяснилось, что эффективное взаимодействие с этой неустойчивостью оказывает только длинноволновая неустойчивость Марангони. Наличие дополнительного дестабилизирующего фактора обоюдно снижает критические значения возникновения неустойчивостей. С увеличением поверхностного электрического заряда волновое число, соответствующее наиболее неустойчивому состоянию по отношению к тепловой неустойчивости смещается в большую сторону, а число Марангони напротив уменьшается и при некоторых условиях может стать отрицательным.
