Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Three-dimensional waves in the liquid film

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2013

Ключевые слова: пленка жидкости, трехмерные волны, устойчивость, численное моделирование нелинейных волн, liquid film, Three-Dimensional Waves, stability, numerical simulation of non-linear waves

Аннотация: Интерес к пленочным течениям жидкости обусловлен как прикладной, так и научной значимостью этого класса течений. Важной характеристикой таких течений является их волновая структура, влияющая как на процессы переноса, так и на режимные особенности течения. Проблемы интенсификации процессов тепло-массопереноса потребовали дальнейшего усовершенствования и обобщения имеющихся моделей волнового течения пленки жидкости. Общим фактором, сдерживающим развитие теоретических моделей, является слабая изученность трехмерных волновых режимов течения пленки. В настоящее время имеется сравнительно немного экспериментальных и теоретических работ, посвященных трехмерным волнам в тонких пленках жидкости. Цель данной работы -разработка модели, не использующей автомодельность профиля скорости, и пригодной для описания трехмерных волн в пленке с учетом сложных условий на межфазной поверхности. Предлагаемая модель основана на интегральном подходе и на разложении скорости в ряд по системе линейно независимых базисных функций (гармоник). Она является, в некотором роде, обобщением модели В.Я.Шкадова, но обладает большей «степенью свободы» для профиля скорости, поэтому позволяет более детально описывать динамику волн и особенности процессов переноса при волновых режимах течения пленок жидкости. Для случая свободно стекающей пленки проведен линейный анализ устойчивости пленочного течения относительно двумерных и трехмерных возмущений, а также численное моделирование нелинейных волн. Результаты расчетов для двумерных волн хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными. В качестве примера трехмерных волн проведен расчет эволюции локализованного трехмерного возмущения типа солитона в вертикальной пленке жидкости. Interest to the flows of a liquid film is caused both scientific significance and various applications of this type of flows. The important characteristic of such flows is their wave structure influencing both on transport processes, and on features of a flow. Problems of an intensification of heat transfer and mass transfer processes demand the further development and generalization the available models of wavy film flows. The general reason restraining development of theoretical models is not only the complexity of a problem, but also an insufficient study of three-dimensional waves in liquid films. At present time there are relatively a few experimental and theoretical works devoted to three-dimensional waves in thin liquid films. The goal of the presented paper is to develop the model describing three-dimensional waves in a film which takes into consideration the complex conditions on an interface without assuming self-similarity of velocity. The proposed model is based on an integral approach and an expansion of velocity into system of linearly independent basis functions (harmonics). This model, to a certain extent, is a generalization of the Shkadov’s IBL model, however, possesses a greater «degree of freedom» for the velocity profile shape. The proposed model allows describing in more details the dynamics of waves and the features of transport processes in wavy films of liquid. A linear analysis of flow stability concerning two-dimensional and three-dimensional perturbations is performed for the falling film and also a numerical simulation of non-linear waves is carried out. Results of calculations for two-dimensional waves agree well with available experimental data. As an example of three-dimensional waves the simulation of evolution of the localized perturbation of soliton type in vertical liquid film is carried out.

Журнал: Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии

Выпуск журнала: № 1

Номера страниц: 83-89

ISSN журнала: 20766866

Место издания: Днепропетровск

Издатель: Частное предприятие Научно-производственная внедренческая компания Триакон

• Актершев Сергей Петрович (Институт теплофизики им.С.С.Кутателадзе СО РАН)
• Алексеенко Сергей Владимирович (Институт теплофизики им.С.С.Кутателадзе СО РАН)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)