The Impact of Inclination Angle and Thermal Load on Flow Patterns in a Bilayer System Taking into Account the Mass Transfer

Abstract

Bilayer convective flows of liquid and gas-vapor mixture in an inclined channel are modeled taking into account the heat and mass transfer at the thermocapillary interface. Mathematical modeling is based on the exact solutions of special type of the Navier-Stokes equations in the Oberbeck-Boussinesq approximation, with consideration of the Soret and Dufour effects in the gas-vapor layer. Inclined or horizontal position of the channel and direction of the boundary thermal load determine a form of the exact solution and an algorithm of its construction. Examples of the velocity profiles, temperature and vapor concentration distributions in the «ethanol — nitrogen» system are demonstrated. Results of comparative analysis of the two-layer flows in the system positioned horizontally and by small inclination from the horizontal level are presented. The influence of the thermal load intensity on the flow and mass transfer characteristics is studied

Изучаются двухслойные конвективные течения жидкости и парогазовой смеси в наклонном канале с учетом тепло- и массопереноса на термокапиллярной границе раздела. Математическое моделирование проводится на основе точных решений специального вида уравнений Навье–Стокса в приближении Обербека-Буссинеска с учетом эффектов Соре и Дюфура в газопаровом слое. Наклонное или горизонтальное положение канала, а также направление граничной тепловой нагрузки определяют вид точного решения и алгоритм его построения. Приведены примеры профилей скорости, распределения температуры и концентрации пара в системе «этанол — азот». Представлены результаты сравнительного анализа двухслойных течений в системе, расположенной горизонтально и под небольшим наклоном относительно горизонтального положения. Изучено влияние интенсивности тепловой нагрузки на характер течения и массоперенос на границе раздела