Conditions on Thermocapillary Surface with Consideration of Liquid Evaporation and Transfer Coefficient Temperature Dependence

  • О.Н. Гончарова Altai State University (Barnaul, Russia) Email: gon@math.asu.ru
Keywords: mathematical model, thermocapillary interface, evaporation, interface conditions, temperature dependent transfer coefficients

Abstract

Convective flows of fluids under action of a cocurrent gas flux and gas related evaporation effects are actively investigated nowadays analytically, numerically and experimentally. The problem of mathematical modeling of convective processes with evaporation is extremely complicated. Formulation of boundary conditions on the interface between liquid and gas-vapor mixture is a crucial aspect here. In this paper, generalized kinematic, dynamic and energy conditions on the thermocapillary interface are presented. The interface conditions are formulated with consideration of transfer coefficient temperature dependence under a hypothesis that free surface energy is identified with a surface tension coefficient, Stokes’ law is used for incompressible fluid, heat and vapor fluxes are derived from Fourier and Fick laws, and latent heat of evaporation is a jump of inner potential energy. Continuity of temperature and tangential velocities on the interface is assumed, and evaporation mass flux is obtained from kinetic theory.

DOI 10.14258/izvasu(2016)1-18

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biography

О.Н. Гончарова, Altai State University (Barnaul, Russia)
доктор физико-математических наук, профессор кафедры дифференциальных уравнений 

References

Белова И.В. Численные исследования напряжений в твердой фазе в процессе кристаллизации: дисс. . . . канд. физ-мат. наук. — Новосибирск, 1990.

Гончарова О.Н. Математическая модель формирования сферических оболочек в условиях кратковременной невесомости // Динамика сплошной среды. — 1987. — № 82.

Гончарова О.Н., Пухначёв В.В. Диффузионное приближение в задаче формирования сферических микробаллонов в условиях кратковременной невесомости // Моделирование в механике. — 1990. — № 4 (21).

Гончарова О.Н. Глобальная разрешимость задачи о формировании сферических микробаллонов // Динамика сплошной среды. — 1993. — № 106.

Das K.S., Ward C.A. Surface thermal capacity and its effects on the boundary conditions at fluid-fluid interfaces // Phys. Rev. E. — 2007. — V. 75, 065303.

Кузнецов В.В. Условия переноса тепла и массы на границе раздела жидкость-газ при диффузионном испарении // Journal of Siberian Federal University. — 2010. — № 3 (2).

Кузнецов В.В. Тепломассообмен на поверхности раздела жидкость-пар // Механика жидкости и газа. — 2011. — № 5.

Гончарова О.Н. Моделирование течений в условиях тепло- и массопереноса на границе раздела // Известия Алтайского. гос. ун-та. — 2012. — № 73 (1/2).

Iorio C.S., Goncharova O.N., Kabov O.A. Study of evaporative convection in an open cavity under shear stress flow // Microgravity Sci.Technol. — 2009. — V. 21 (1).

Iorio C.S., Goncharova O.N., Kabov O.A. Heat and mass transfer control by evaporative thermal pattering of thin liquid layers // Computational Thermal Sci. — 2011. — V. 3 (4).

Овсянников Л.В. Введение в механику сплошных сред. — Новосибирск, 1976. — Ч. 1 ; 1977. — Ч. 2.

Серрин Дж. Математические основы классической механики жидкости. — М., 1963.

Седов Л.И. Введение в механику сплошной среды. — М., 1962.

Гончарова О.Н. О единственности решения двумерной нестационарной задачи для уравнений свободной конвекции с вязкостью, зависящей от температуры // Дифференциальные уравнения. — 2002. — Т. 38. № 3.

Андреев В.К., Гапоненко Ю.В., Гончарова О.Н., Пухначёв В.В. Современные математические модели конвекции. — М., 2008.

Haase R. Thermodynamics of irreversible processes. — Mineola NY, 1990.

Bedeaux D., Hermans L.J.F., Ytrehus T. Slow evaporation and condensation // Physica A. — 1990. — V. 169.

Colinet P., Lebon G., Iorio C.S., Legros J.C. Interfacial nonequilibrium and Benard-Marangoni instability of a liquid-vapor system // Phys. Rev. E. — 2003. — V. 68.

Ghez R. A generalized Gibbsian surface // Surface sciences. — 1966. — V. 4.

Dufay R., Prigogine I. Surface tension and adsorption. — New York, 1966.

De Groot S.R., Mazur P. Non-equilibrium thermodynamics : 2nd, edn. — Amsterdam, 1962.

Haut B., Colinet P. Surface-tension-driven instability of a liquid layer evaporating into an inert gas // J. of Colloid and Interface Science. — 2005. — № 285.

De Groot S.R., Mazur P. Non-equilibrium thermodynamics. — Amsterdam, 1962.

Prigogine I., Dufay R. Chemical thermodynamics. — London ; New York, 1954.

Oron A., Davis S.H., Bankoff S.G. Longscale evolution of thin liquid films // Reviews of Modern Physics. — 1997. — V. 69 (3).

Мирзаде Ф.Х. Волновая неустойчивость слоя расплавленного металла, образующегося при интенсивных лазерных воздействиях // ЖТФ. — 2005. — Т. 75 (8).

How to Cite
Гончарова О. Conditions on Thermocapillary Surface with Consideration of Liquid Evaporation and Transfer Coefficient Temperature Dependence // Izvestiya of Altai State University, 1, № 1(89) DOI: 10.14258/izvasu(2016)1-18. URL: https://izvestiya.asu.ru/article/view/%282016%291-18.