不同蒸发模式下挥发性液膜的稳定性分析
流体动力学
2024-06-04 v1 数学物理
math.MP
摘要
我们研究了蒸发模式对倾斜加热表面上挥发性液膜稳定性的影响，同时考虑了液相动力学及其蒸气的扩散。我们（i）修改了Sultan等人[Sultan et al., J. Fluid Mech. 543, 183, (2005)]的动力学-扩散蒸发模型，以考虑由蒸发质量损失引起的膜厚减小，（ii）将其与Joo等人[Joo et al., J. Fluid Mech. 230, 117, (1991)]的液膜公式相结合，然后（iii）利用长波理论推导出一个控制方程，该方程包含了惯性、静水压力、表面张力、热毛细力和蒸发的影响。系统的色散关系揭示了马兰戈尼效应具有两个不同的组成部分。第一个源于由液体界面不均匀加热驱动的表面张力梯度，并且总是起失稳作用；而第二个源于由液面上方蒸气扩散相关的潜热冷却不平衡引起的表面张力梯度，其作用是稳定还是失稳取决于蒸发模式。这两个组成部分与蒸发质量损失和蒸气反冲以丰富而动态的方式相互作用。此外，我们确定了一个动力学和扩散现象精确平衡的蒸发模式，并阐明了质量损失不稳定性对波数的依赖性，我们将其归因于液体上方存在可变的蒸气梯度。此外，我们研究了在蒸发模式的两个对立极限下膜变薄对其稳定性的影响。最后，我们进行了时空分析，表明蒸气扩散效应的强度通常与向绝对不稳定性的转变相关，而膜的变薄可能导致对流-绝对-对流转变。
引用
@article{arxiv.2406.01289,
title = {The stability analysis of volatile liquid films in different evaporation regimes},
author = {Omair A. A. Mohamed and Luca Biancofiore},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.01289},
year = {2024}
}