Явление термокапиллярной деформации тонкого слоя жидкости, вызванное локальным нагревом твердой подложки лазерным лучом, привлекает внимание исследователей огромным потенциалом для создания новых высокочувствительных методов измерения, в том числе бесконтактного измерения вязкости, температуропроводности, показателя преломления жидкостей, обнаружения следов органических загрязнений на поверхности воды и так далее.

Статья «Термокапиллярная деформация при лазерном нагреве тонких слоев жидкости: физические и численные эксперименты» физиков и биологов ТюмГУ Дениса Клюева, Виктора Флягина, Сергея Семенова и Натальи Ивановой вышла в «Международном журнале тепло- и массообмена».

Ученые разработали установку для сканирования лазерным листом деформированной поверхности жидкого слоя. Его точность была проверена путем сканирования поверхности твердого стандартного образца с заданным распределительным профилем. Исследуемая система представляла собой силиконовое масло на эбонитовой подложке, нагреваемой лазерным лучом с распределением интенсивности луча.

Для проверки новых экспериментальных данных была разработана осесимметричная численная модель термокапиллярной конвекции в тонком слое жидкости с использованием коммерческого программного обеспечения Comsol Multiphysics.

Это помогло ученым рассчитать профиль поверхности и температурное поле на подложке для двух граничных условий радиационного теплообмена в системе, соответствующих максимальным и минимальным радиационным потерям тепла.

В целом сравнение стационарных профилей термокапиллярной поверхностной деформации и температурных распределений, полученных экспериментально и численно для всего диапазона толщин исследованных слоев, показывает удовлетворительное соответствие физических и численных результатов.

Экспериментальная часть исследования выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Численное исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках программы Исследовательского центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии».