Influence of the thermophysical properties of a liquid coolant on characteristics of the 3D flows with phase transition

Изучаются режимы совместных течений испаряющейся жидкости и газопаровой смеси в трехмерном канале прямоугольного поперечного сечения, находящемся в условиях нормальной гравитации под действием продольного градиента температуры. Теоретические исследования проводятся на основе частично инвариантного решения ранга 2 и дефекта 3 уравнений Навье – Стокса в аппроксимации Обербека – Буссинеска. Данное решение позволяет корректно описать двухслойные течения с испарением и/или конденсацией на термокапиллярной границе раздела и учесть при моделировании эффекты термодиффузии и диффузионной теплопроводности в газопаровой среде. Точное решение исходных уравнений характеризуется зависимостью компонент скорости только от поперечных координат. Функции давления, температуры и концентрации пара линейно зависят от продольной координаты и также имеют слагаемые, являющиеся функциями поперечных координат. Все подлежащие определению функции находятся в результате численного решения систем дифференциальных уравнений и граничных условий, выступающих следствием трехмерной постановки. Изучаемое точное решение задачи испарительной конвекции очень содержательно и позволяет получать трехмерные режимы течений различной топологии с такими тепловыми и концентрационными характеристиками, которые наблюдаются в физических экспериментах. Изучаются различия в структуре течений систем этанол – азот, HFE-7100 – азот и FC-72 – азот. В работе представлен анализ влияния термофизических свойств различных рабочих жидкостей на основные характеристики движений (на гидродинамическую структуру, распределение температуры и содержание пара в азоте, а также на массовую скорость испарения).