Процессы переноса и волны в стекающих пленках жидкости

Пленочные течения жидкостей характеризуются рядом отличительных особенностей, в связи с чем им уделяют повышенное внимание и выделяют в отдельный класс течений. Тонкие пленки жидкостей представляют собой уникальный физический объект для изучения закономерностей развития неустойчивостей, нелинейных волновых структур, ламинарно-турбулентного перехода, поверхностных явлений. Пленочные режимы течения реализуются и широко используются в аппаратах энергетики, химической технологии, космической технике. В числе наиболее важных свойств – высокая интенсивность процессов переноса в жидких пленках и сильное влияние волн на тепломассообмен. В институте ведутся исследования по всем основным фундаментальным и прикладным направлениям, связанным с пленочными режимами течения жидкости, включая кольцевые двухфазные потоки. Специально разработаны или адаптированы самые современные экспериментальные методы диагностики: теневой, ёмкостный, оптоволоконный, электропроводности, флуоресцентный – для измерения локальной толщины пленки; электродиффузионный – для измерения касательного напряжения; термографии – для измерения поля температур; Particle Image Velocimetry – для измерения поля скоростей; высокоскоростная цифровая видеосъемка – для визуализации. Теоретически и экспериментально изучена устойчивость совместного течения пленки жидкости и газа, а также при наличии фазовых переходов и уноса капель. Исследованы течения пленок жидкости по сложным поверхностям – криволинейным, гофрированным, структурированным (элементам насадок ректификационных колонн), а также по наклонным трубкам (элементам теплообменников в ожижителях природного газа). В последнем случае жидкость движется по наружной нижней поверхности трубки в виде ривулета (ручейка), который, как и пленка, всегда неустойчив и характеризуется широким спектром разнообразных волновых структур, преимущественно трехмерных. Впервые составлена целостная картина волн на поверхности жидких пленок. Экспериментально описаны все возможные типы двумерных волн и эволюция одиночных возмущений. Выведены разнообразные модельные эволюционные уравнения, в том числе так называемые двухволновые уравнения. Рассмотрены решения солитонного типа, имеющие свою специфику для диссипативных сред. Теоретически и экспериментально показано существование стационарного трехмерного (подковообразного) солитона при числах Рейнольдса порядка единицы. Описаны спиральные волны как для тонких слоев жидкостей, так и в целом для диспергирующих сред.