A numerical study of buoyancy-Marangoni convection of volatile binary fluids in confined geometries
A numerical study of buoyancy-Marangoni convection of volatile binary fluids in confined geometries
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受限几何结构中挥发性二元流体浮力-马兰戈尼对流的数值研究
DOI：
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.06.141
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发表时间：
2018
影响因子：
5.2
通讯作者：
Grigoriev, Roman O.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qin, Tongran;Grigoriev, Roman O.
水平温度梯度可以通过几种不同的机制在具有自由表面的液体层中引起流动。最普遍的原因是由于表面张力对温度的依赖而产生的热毛细应力。对于二元液体，流动也可以由溶液毛细管应力驱动，这种应力是由于表面张力对液体成分的依赖而产生的。对于一些二元液体，如水-酒精混合物，溶质毛细管应力主要是由于相变化（例如，两组分的不同蒸发或冷凝），这两种机制可以相互抵消。最近的一项实验研究（Li and Yoda, 2016）表明，通过改变实验装置内存在的空气量，可以逆转流动方向。为了理解空气的存在是如何影响界面应力的，我们开发并实施了一个综合的双边输运模型，该模型考虑了热、质量和动量在两相中的输运以及在界面上的相变，并能够重现实验结果。对这些结果的详细分析表明，空气倾向于抑制相变，从而抑制毛细管应力。去除空气增强了相变，反而抑制了界面温度的变化，从而抑制了热毛细应力。
A horizontal temperature gradient can cause a flow in a layer of liquid with a free surface via several different mechanisms. The most universal one is due to thermocapillary stresses that arise due to the temperature dependence of surface tension. For binary liquids, the flow can also be driven by solutocapillary stresses that arise due to the dependence of surface tension on the composition of the liquid. For some binary liquids, such as water-alcohol mixtures, solutocapillary stresses are primarily due to phase change (e.g., differential evaporation or condensation of the two components), and these two mechanisms can counteract each other. A recent experimental study (Li and Yoda, 2016) has demonstrated that the flow direction can be reversed by changing the amount of air present inside the experimental apparatus. To understand how the presence of air affects the interfacial stresses, we have developed and implemented numerically a comprehensive two-sided transport model, which accounts for transport of heat, mass, and momentum in both phases and phase change across the interface and is able to reproduce the experimental results. The detailed analysis of these results shows that air tends to suppress phase change and hence solutocapillary stresses. Removing the air enhances phase change, instead suppressing the variation in the interfacial temperature and hence thermocapillary stresses.
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DOI：
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发表时间：
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通讯作者：
R. Grigoriev
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