Моделирование термокапиллярной конвекции в сидячей капле жидкости, индуцированной лазерным пучком

Abstract

The results of the numerical study of thermocapillary convection induced by the local heat flux in a sessile drop of non-volatile liquid with a fixed contact line are presented. The laser beam absorbed by the liquid is used as the source of heat flux. Sessile drops of benzyl alcohol and ethylene glycol with a volume of 0.6 mcl and heat flux power from 2 to 85 mW are observed in this paper. The model allows obtaining both velocity and temperature fields for both liquid and gas phases upon thermocapillary convection, evolution of free surface profile upon thermocapillary deformation. The relations between the focal length of refractive surface of the sessile drop and the heat flux are obtained. The comparison of the numerical and experimental data of the focal length shows a good correlation between numerical model and the experiment.

Приведены результаты численного исследования термокапиллярной конвекции, вызванной локальным тепловым потоком в сидячей капле малолетучей жидкости с неподвижной линией трехфазного контакта. Источником теплового потока служит поглощаемое жидкостью лазерное излучение. В исследовании рассмотрены сидячие капли бензилового спирта и этиленгликоля объемом 0,6 мкл при диапазоне мощности теплового потока от 2 до 85 мВт. В результате численного исследования получены поле скоростей и поле температур в жидкости и газовой фазе при термокапиллярной конвекции. Исследована эволюция профиля сидячей капли жидкости при термокапиллярной деформации. Получены зависимости фокусного расстояния преломляющей поверхности сидячей капли от мощности теплового потока. Проведен сравнительный анализ численных и экспериментальных данных фокусного расстояния, который показал хорошую корреляцию между численной моделью и экспериментом.