BOUNDARY LAYERS IN A LIQUID AND A GAS FLOW JOINT MOTION IN A MICROCHANNEL

Abstract

Выведены система уравнений и граничные условия для связанных тепловых и концентрационного пограничных слоев, возникающих вблизи границы раздела фаз при совместном движении жидкой пленки и газового потока в микроканале. Такие слои были обнаружены в результате численных экспериментов, проведенных в [5]. Изучается случай, когда входящий поток газа не содержит паровой компоненты, является «сухим». При входе такого потока газа в канал с поверхности жидкой пленки сразу начинается интенсивное испарение, которое и является причиной формированияпограничных слоев - концентрационного в газе и температурных в газе и жидкости. Движение жидкости и газа происходит в очень тонком канале, и поэтому классическая теория неприменима – профили скоростей не имеют характерных для пограничных слоев особенностей. Кроме того, отсутствуют внешние тепловые воздействия. Такие пограничные слои до настоящего времени не были описаны в научной литературе. - использование тонких пленок жидкости, движущихся под действием газового потока, в системах охлаждения микроэлектронного оборудования является перспективным методом. Этот метод особенно важен для условий пониженного тяготения, при которых невозможно вызвать движение жидкой пленки скатывающей силой тяжести; - дано теоретическое описание пограничных слоёв в рассматриваемом случае; - построены в квадратурах автомодельное решение задачи в случае, когда равновесная концентрация пара жидкости задается в виде линейной функций температуры. Отмечено, что скорость испарения вблизи точки входа в канал имеет степенную особенность; - результаты могут применяться при проектировании систем охлаждения электронного оборудования. A system of equations and boundary conditions are derived for coupled thermal and concentration boundary layers that arise near the phase boundary during the joint motion of a liquid film and a gas flow in a microchannel. Such layers were discovered as a result of numerical experiments carried out in [5]. We study the case when the incoming gas flow does not contain a vapor component and is "dry". When such a gas flow enters the channel from the surface of the liquid film, intensive evaporation immediately begins, which is the reason for the formation of boundary layers – concentration boundary layer in gas and temperature boundary layers in gas and liquid. The motion of liquid and gas occurs in a very thin channel, and therefore the classical theory is not applicable - the velocity profiles do not have boundary layers’ characteristic features. In addition, there are no external thermal influences. Such boundary layers have not yet been described in the scientific literature. The use of thin liquid films moving under the action of a gas flow in cooling systems for microelectronic equipment is a promising method. This method is especially important for conditions of reduced gravity, under which it is impossible to cause the motion of a liquid film by rolling gravity. In present work, a theoretical description of the boundary layers in the considered case is given. Self-similar solutions of the problem are constructed in cases where the equilibrium vapor concentration of the liquid is given as a linear function of temperature. In some cases, these solutions are constructed in quadratures. It is noted that the evaporation rate near the channel entry point has a power-law singularity. The results can be applied in the design of cooling systems electronic equipment.