Тепловые гравитационно-капиллярные волны от периодически нагреваемой проволочки

Экспериментально исследованы нестационарные поля температуры на свободной поверхности жидкости вблизи периодически нагреваемой проволочки. Константановая проволочка располагалась на поверхности слоя этилового спирта. Диаметр проволочки 0,2 мм, длина 170 мм; толщина слоев жидкости 24 мм; длина слоя 250 мм; сила тока 2,4 А, напряжение 8,5 В. Ее нагрев осуществлялся прямоугольными импульсами тока. Длительность импульса менялась от 0,08 до 60 с, период следования импульсов - от 2 до 120 с. При подаче импульса тока данной мощности деформации поверхности не наблюдалось. Таким образом, волны имели термокапиллярную природу, но не гравитационно-капиллярную. Поле температуры поверхности жидкости измерялось тепловизором. Для калибровки тепловизора использовалось измерение температуры поверхности жидкости микротермопарами. Одна из термопар находилась в поле видимости тепловизора. Одновременно записывалось распределение температуры на поверхности тепловизором и термопарой при прохождении тепловой волны. Запуск серии импульсов тока производился после выдержки в течение времени, достаточного для выравнивания температуры в слое жидкости. Исключалось образование устойчиво стратифицированного по температуре и плотности слоя. Для этого в торцах слоя были установлены теплообменники, в которых прокачивалась термостатированнная вода с температурой, равной температуре окружающей среды. Исключалось образование крупномасштабного течения за счет выхолаживания со свободной поверхности и создания перепада температуры между проволочкой и торцевыми теплообменниками. Получены данные о характеристиках поверхностных тепловых волн, прослежена эволюция формы фронта волны, измерена скорость распространения тепловой волны. Выявлена взаимосвязь тепловых волн и возникающего конвективного течения жидкости.

тепловые гравитационно-капиллярные волны, импульсный нагрев проволочки, тепловизионные измерения поля температуры поверхности

1. Кутателадзе С.С., Кирдяшкин А.Г., Бердников В.С. Влияние термокапиллярных сил на процессы переноса у свободной поверхности жидкости в горизонтальном слое при тепловой гравитационной конвекции // ДАН СССР. 1976. Т. 231. № 2. С. 309-311.

2. Бердников В.С., Забродин А.Г., Марков В.А. Тепловая гравитационно-капиллярная конвекция в прямоугольной полости // Г идромеханика и процессы переноса в невесомости: Сб. ст. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С. 136-151.

3. Бердников В.С., Марков В.А. Теплопередача и статистические характеристики поля температуры в горизонтальном подогреваемом снизу слое жидкости // Изв. АН БССР. Сер. физ.-энерг. наук. 1986. № 1. С. 96-102.

4. Бердников В.С., Марков В.А., Ким О.В. Термогравитационная конвекция в плоском горизонтальном и наклонном слоях жидкости, подогреваемых снизу // Структура вынужденных и термогравитационных течений: Сб. науч. тр. Новосибирск, 1983. С. 122-146.

5. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.

6. Berdnikov V.S., GetlingA. V., Markov VA. Wavenumber selection in Rayleigh-Benard convection: Experimental evidence for the existence of an inherent optimal scale. Exper. Heat Transfer. 1990. Vol. 3. P. 269-288.

7. C.Y. Shieh and Wen-Jei Yang. Transient thermocapillary flow in rectangular tanks with phase change Int. J. Heat Mass Transfer. 1987. Vol. 30. № 5. P. 843-854.

8. Maquet J., Gouesbet G. andBerlemontA. Numerical simulation of surface tension and combined buoyancy driven convection in a liquid layer heated by a hot-wire. Int. J. Heat and Mass Transfer. 1992. Vol. 35. № 10. P. 2695-2703.

9. Vince J. and Dubois M. Hot wire below the free surface of a liquid: structural and dynamical properties of a secondary instability. Europhys. Lett. 1992. Vol. 20. P. 505-510.

10. WeillM.E., Rhazi M. and Gouesbet G. Experimental investigation of oscillatory phenomena produced by a hot wire located near and below a free surface. J. de Physique. 1985. Vol. 46. P. 1501-1506.