Россия
В работе рассматриваются методы визуализации поверхностных явлений в газожидкостных системах, вызванных термокапиллярной конвекцией и конвекцией Рэлея-Бенара
поверхностные явления, конвекция, визуализация, оптические методы
Известно, что в ряде газожидкостных систем вблизи границы раздела фаз возникают интенсивные конвективные движения, вызванные процессами межфазного обмена [1]. Для изучения особенностей межфазного переноса в системе газ-жидкость может быть использован комплекс оптических методов: голографическая интерферометрия в режиме реального времени и поляризационная микроскопия, теневой метод и модифицированный метод спектроскопии поверхностных флуктуаций. Процессы межфазного обмена, протекающие достаточно интенсивно, сопровождаются возникновением и развитием фазовых и конвективных неоднородностей приповерхностного слоя жидкости вблизи границы раздела фаз. Гидродинамические неоднородности связаны с протеканием термокапиллярной конвекции и конвекции Рэлея-Бенара. Эти неоднородности имеют показатели преломления, отличающиеся от показателей преломления исходной жидкости, и могут быть обнаружены оптическими методами.
Рассмотренные методы позволяют установить структуру и масштабы конвективных движений, их кинетические параметры. В ряде простых случаев, когда конвективные образования крупны по размеру, поверхностные явления можно наблюдать и исследовать визуально, с помощью цифровой фотокамеры (рис. 1). В работе визуализирована с помощью цифровой фотокамеры поверхностная термогравитационная конвекция при испарении горячей воды в воздух. Вихревые потоки, возникшие при сливании жидкости в кювету, затихали, и на поверхности жидкости возникала структура конвективных ячеек (рис. 1). Рисунок из светлых линий на поверхности жидкости вызван зависимостью коэффициента преломления света от плотности и температуры жидкости. Светлые линии соответствуют жидкости с меньшей температурой, такая жидкость имеет большую плотность и опускается вниз. Темные области соответствуют восходящему потоку жидкости. Ячейки имели вид многоугольников неправильной формы. Несомненно, в ячейках воды было ламинарное движение. На фотографии рис. 1, а видно, что на границе двух ячеек возник вихрь. Это говорит о том, что при большой движущей силе испарения возможен переход ламинарного течения в турбулентное. На рис. 1, б видно, как вихри деформируют ячейки, занимая господствующее положение. 
По мере охлаждения воды конвекция затухала.
а б
Рисунок 1 – Конвекция Рэлея-Бенара на поверхности воды
Поверхностные явления, имеющие место в газожидкостных системах, способны интенсифицировать межфазный перенос и оказывать существенное влияние на скорость массопереноса, поэтому актуальным направлением является исследование и визуализация поверхностных явлений, протекающих вблизи границы раздела фаз.
1. Бальчугов, А.В. Визуализация конвекции Рэлея-Бенара на поверх-ности испаряющейся жидкости / А.В. Бальчугов, Е.В. Подоплелов, Б.А. Ульянов, Д.П. Свиридов // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. - 2006. - Т. 1. - № 1. - С. 180-185.
