Термокапиллярная неустойчивость в многослойных системах и волны

Р.В. Бирих (Пермь)

В многослойных жидких системах разрушение равновесия может быть связано с возникновением неоднородности поверхностного натяжения границы раздела слоев жидкости. Возникающее движение границы раздела генерирует движение жидкости в обоих слоях, и судьба случайного возмущения величины поверхностного натяжения определяется асимметрией в движении жидкости в прилегающих к поверхности раздела слоях. Эта асимметрия движения бывает обусловлена различием в кинематических или тепловых свойствах жидкостей, различием в толщине слоев, наличием других слоев жидкости, в которых также возбуждается движение. В серии работ последних лет [1-3] на модельных задачах было исследовано влияние разных факторов на термокапиллярную неустойчивость двухслойных систем. Определены условия возникновения монотонной и колебательной неустойчивости и получены дисперсионные законы для колебательных возмущений.  В колебательных режимах конвекции можно выделить два разных квазиупругих механизма: капиллярный, при котором кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию деформируемой границ раздела (капиллярные волны), и термокапиллярный, при котором в процессе движения меняется свободная энергия поверхности из-за изменения ее температуры (термокапиллярные волны). Для этих колебательных режимов имеют место разные дисперсионные законы. Дисперсионный закон для капиллярных колебаний близок к дисперсионному закону для капиллярных волн в идеальной жидкости. Темокапиллярные волны в области малых волновых чисел не обладают дисперсией (частота нейтральных колебаний перестает зависеть от волнового числа). Капиллярные и темокапиллярные волны существенно отличаются по структуре движения жидкости. Показано, что в термокапиллярных волнах доминирует продольное движение вблизи границы раздела слоев жидкости, и что они возбуждаются, когда нагрев осуществляется со стороны “менее инерционного” слоя. Поддержка этих колебаний температурным полем осуществляется за счет различия в фазах движения в разных слоях жидкой системы. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 00-01-00614).

 

1. Бирих Р.В., Рудаков Р.Н. Механизмы термокапиллярных колебаний в системе с границей раздела // В сб.: Вибрационные эффекты в гидродинамике. Перм. ун-т. – Пермь, 1998, с. 38-48.

2. Бирих Р.В. Бушуева С. В. Термокапиллярная неустойчивость в двухслойной системе с деформируемой границей раздела // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2001. № 3, с.13-20.

3. Бирих Р. В., Бушуева С. В., Рудаков Р.Н. Влияние вибраций на структуру термокапиллярной неустойчивости двухслойной системы.// Сб. научн. тр. “Молодежная наука Прикамья”. Перм. гос. техн. ун. Пермь: 2001, Вып. 1. С. 17-26.