Колебательная конвекция Марангони возле пузырька воздуха в жидкости с вертикальной стратификацией ПАВ

А.Л. Зуев, К.Г. Костарев (Пермь)

Хорошо известно, что термокапиллярная или концентрационно - капиллярная конвекция Марангони способна оказывать существенное влияние на протекание многих технологических процессов, в которых участвуют газовые включения в жидкой фазе. Особенно ее роль возрастает в случае, когда отсутствуют гравитационные механизмы движения, например, в условиях микрогравитации. Не случайно поэтому, что конвекции Марангони в последние годы уделяется столь пристальное внимание, однако, в основном, объектом исследования является термокапиллярное движение. Концентрационный вариант остается малоизученным, особенно экспериментально, хотя на практике его вклад в процессы массообменна часто оказывается на порядок выше.

В докладе приведены результаты экспериментального изучения концентрационно - капиллярной конвекции, возникающей вокруг пузырька воздуха в водном растворе с вертикальным градиентом концентрации поверхностно - активного вещества (ПАВ). Пузырек воздуха, имеющий форму цилиндрической таблетки, был помещен в тонкий слой жидкости между двумя параллельными прозрачными стенками - ячейку Хеле-Шоу. Применение оптических методов позволило изучить поведение пузырька, структуру конвективных течений и эволюцию полей концентрации вокруг него при различной пространственной (горизонтальной и вертикальной) ориентации ячейки.

Обнаружен и исследован новый эффект, представлявший собой возникновение колебательной неустойчивости процесса растворения ПАВ вблизи свободной поверхности пузырька. Предложено объяснение этого явления, заключающееся во взаимодействии диффузии, концентрационно - капиллярного и гравитационного механизмов конвекции. Представлены и обсуждаются результаты измерения периода колебаний в зависимости от времени, размеров пузырька, толщины слоя и физико - химических параметров жидкости.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ).