Влияние свойств межфазной границы на тепло- и массообмен вблизи поверхности раздела „жидкость-газ“ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат наук Пуштаев Алексей Владимирович

• Пуштаев Алексей Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Пуштаев Алексей Владимирович

Введение

1. Мономолекулярные пленки на межфазной границе «жидкость-газ»

1.1. Введение

1.2. Влияние мономолекулярных пленок на приповерхностную гидродинамику

1.3. ИК-термография как метод исследования мономолекулярных пленок нерастворимых примесей

1.4. Пленка на поверхности воды при наличии малых растворимых примесей

2. Возникновение конвекции в слое жидкости при нестационарном равномерном охлаждении поверхности

2.1. Введение

2.2. Постановка задачи и методика расчета

2.3. Результат расчета для различных значений критериев подобия

2.4. Сравнение с экспериментальными данными

3. Горизонтальная конвекция при нагреве поверхности ИК-излучением

3.1. Введение

3.2. Постановка эксперимента

3.3. Численное моделирование

3.4. Поля температуры

3.5. Поля скорости

4. Деформация свободной поверхности жидкости в конвективных течениях

4.1. Введение

4.2. Методика измерения рельефа поверхности

4.3. Круговые волны

4.4. Всплытие конвективной струи

4.5. Конвекция Рэлея-Бенара-Марангони

5. Подобие полей температуры и концентрации вблизи поверхности испа-

ряющейся жидкости

5.1. Введение

5.2. Постановка задачи

5.3. Схема эксперимента

5.4. Численное моделирование

5.5. Испарение с вертикальной пластины

5.6. Испарение с горизонтальной пластины

5.7. Испарение из сосуда с теплопроводящими стенками

Заключение

Благодарности

Список публикаций по теме диссертации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние свойств межфазной границы на тепло- и массообмен вблизи поверхности раздела „жидкость-газ“»

Введение

Процессы тепло- и массопереноса вблизи межфазных границ широко распространены в природе и технике. Они являются предметом рассмотрения в задачах физики горения и взрыва, теплофизики, геофизики. При этом важным с практической точки зрения является вопрос о том, как на эти процессы влияет адсорбция на границе раздела растворенных веществ с образованием поверхностной пленки. Изучению свойств таких пленок посвящен один из разделов химической физики [1; 2]. В частности, известно, что пленки поверхностно-активных веществ (ПАВ) влияют на динамику течения при движении капель и пузырьков, а также при распространении гравитационно-капиллярных волн [10; 12].

В нашей лаборатории был проведен ряд экспериментов, в которых исследовалась динамика конвективного течения вблизи свободной поверхности жидкости: всплытие плоской конвективной струи [138], горизонтальная конвекция, вызванная неоднородным нагревом поверхности излучением [62], конвекция в слое жидкости с вертикальным градиентом температуры [4; 85]. Результаты измерений показывают, что поверхность чистой дистиллированной воды и глицерина ведет себя как несжимаемая «двумерная жидкость», тогда как на поверхности этанола и силиконового масла касательные напряжения отсутствуют, что соответствует стандартным представлениям о граничных условиях на свободной поверхности. Это объясняется тем, что адсорбция растворенных в объеме примесей приводит к значительно большему понижению коэффициента поверхностного натяжения (КПН) для воды и глицерина, чем для этанола и силиконового масла, что и приводит к образованию на поверхности упругой пленки. Это подтверждается тем фактом, что при замене дистиллированной воды на воду высокой степени очистки (Тип I по ASTM D1193-06 (2011)) становится возможным наблюдать термокапиллярную конвекцию [4]. В дистиллированной же воде упругая пленка препятствует движению поверхности, поэтому конвекция развивается только за счет термогравитационного механизма. Это приводит к уменьшению скорости конвективного течения [138; 62] и, соответственно, к ухудшению приповерхностного тепломас-

соообмена. Изменяется также и рельеф поверхности [85]. Таким образом, малого количества загрязнений, присутствующих в дистиллированной воде, оказывается достаточно для формирования поверхностной пленки, и при расчете течений вблизи свободной поверхности жидкости поверхность не всегда может считаться свободной в смысле равенства нулю касательных напряжений.

Еще один вопрос, который затрагивается в данной работе, посвящен анализу гипотезы подобия полей температуры и концентрации в газовой фазе, что имеет значение при экспериментальном исследовании процессов горения, а также процессов испарения и конденсации [5]. Изучение поля течения бесконтактными оптическими методами в этих случаях осложняется тем, что показатель преломления определяется как температурой, так и химическим составом газовой смеси. Если имеет место подобие, тогда возможно однозначно определить поля температуры и концентрации из поля показателя преломления. Выяснилось, что при испарении этанола с нагретой пластины можно считать, что подобие справедливо, однако для бутанола, число Льюиса у которого больше, — это уже не так [93]. Попутно был найден критерий, определяющий направление течения пара вещества с молекулярной массой больше, чем у воздуха: если поверхность нагрета, то пар может идти не только вниз, как полагают обычно, но и вверх. Это также связано с влиянием двух факторов (температуры и состава) на плотность паровоздушной смеси.

За последнее время произошел существенный прогресс в методах экспериментального исследования и численного моделирования рассматриваемых явлений. С появлением цифровых фото- и видеокамер, а также с развитием вычислительной техники появилась возможность перейти от локальных контактных измерений в поле течения к получению двумерных и трехмерных распределений температуры, скорости и концентрации компонент смеси с помощью бесконтактных оптических методов. В данной работе, в частности, применяются: теневой фоновый метод (ТФМ, Background-Oriented Schlieren, BOS) для измерения поля показателя преломления, метод цифровой трассерной визуализации (Particle Image Ve-locimetry, PIV) для определения поля скорости и ИК-термография для получения

поля температуры на поверхности жидкости. Кроме того, в работе представлена новая модификация теневого фонового метода — метод Moon-Glade BOS, позволяющий определять рельеф поверхности жидкости.

За последние десятилетия значительно улучшились возможности численного моделирования процессов тепло- и массопереноса, что связано с ростом доступных вычислительных мощностей, развитием теоретических моделей, а также с получением новых данных по скоростям химических реакций. Тем не менее, моделирование с использованием точных уравнений гидродинамики по-прежнему не доступно для интенсивных крупномасштабных турбулентных течений, особенно при наличии большого числа кинетических процессов. Для описания таких течений разработаны различные приближенные модели турбулентности, использование которых, однако, требует задания большого числа дополнительных параметров. Эксперимент, таким образом, остается основным методом исследования, но использование численных методов позволяет уменьшить объем измерений при изучении классов подобных течений.

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Актуальность выбранной темы обусловлена важностью изучения процесса энергообмена на границе раздела «жидкость-газ» для задач физики горения, теплофизики, геофизики. При этом значимым с практической точки зрения является вопрос о том, как на этот процесс влияет присутствие на границе раздела пленки поверхностно-активных веществ (ПАВ). Существует немало работ, относящихся к разделу химической физики, посвященных исследованию реологических характеристик так называемых конденсированных пленок [68]. В частности, отмечается, что они тормозят движение капель, пузырьков, гравитационно-капиллярных волн [10; 12]. Однако, как будет показано, даже при низких объемных концентрациях, имеющихся, например, в дистиллированной воде, уже имеет место изменение динамики приповерхностного массо- и теплообмена. Этому вопросу в литературе уделено недостаточное внимание. Знание точных граничных условий требуется в численном моделировании конвективных течений, в том числе над грани-

цей раздела «жидкость-газ». В исследованиях процессов горения и испарения в пограничных слоях часто используется подобие полей температуры и концентрации, что позволяет упростить анализ. Однако необходимо знать границы применимости такого подхода. Неполнота имеющихся экспериментальных результатов создала стимул к изучению конвекции воздуха при наличии тяжелых паров, которое было выполнено в настоящей работе.

Цели и задачи

Целью работы было изучить динамику конвективных течений, возникающих по обе стороны границы «жидкость-газ» в жидкостях со свободной поверхностью и там, где возникает адсорбционная пленка. Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать возможность самопроизвольного образования поверхностной пленки в дистиллированной воде и глицерине. Изучить пленку миристино-вой кислоты на поверхности сверхчистой воды с помощью ИК-термографии.

2. Провести изучение процесса возникновения естественной конвекции при равномерном охлаждении поверхности дистиллированной воды в открытом сосуде.

3. Изучить структуру течения в дистиллированной воде и этаноле при горизонтальной конвекции, создаваемой неравномерным нагревом поверхности ИК-излучением.

4. Провести измерения рельефа поверхности для различных жидкостей, в которых происходит естественная конвекция.

5. Рассмотреть возможность определения полей температуры и концентрации вблизи поверхности испаряющейся жидкости теневым фоновым методом.

Научная новизна

В работе получены следующие новые результаты:

1. Подтверждена возможность образования поверхностной пленки в дистиллированной воде и глицерине, которая способна блокировать эффект Ма-рангони.

2. Установлено, что поверхностная пленка приводит к изменению времени появления и размеров конвективных ячеек в жидкости при нестационарном равномерном охлаждении поверхности, изменяет скорость переноса тепла и толщину пограничного слоя для горизонтальной конвекции, а также приводит к смене знака кривизны поверхности.

3. Предложен новый метод измерения удельной площади и поверхностного давления в пленке нерастворимых ПАВ с помощью ИК-термографии.

4. Предложена новая модификация теневого фонового метода, которая позволяет измерять рельеф поверхности жидкости для возмущений порядка микрона.

5. Получена оценка границы применимости гипотезы подобия полей температуры и концентрации вблизи поверхности испарения. Установлен критерий, определяющий направление потока воздуха при наличии тяжелых паров.

Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты проведенных исследований имеют значение для многих областей. Так новый метод ИК-термографии оценки чистоты поверхности жидкости и измерения поверхностного давления может использоваться в химической физике, в исследованиях, выполняемых с использованием сверхчистой воды в медицине и микроэлектронике. Изменение подвижности поверхности при наличии пленки важно учитывать в теплофизике, геофизике и гидродинамике, при постановке граничных условий в численном моделировании. Новый метод измерения рельефа поверхности позволяет получать поле давлений у поверхности жидкости. Знание границ применимости подобия полей температуры и концентрации важно при описании процессов горения и объемного энерговыделения.

Методология и методы исследования

При проведении исследований в данной работе использовались следующие методы:

1. ИК-термография — для измерения поля температуры на поверхности, а также для определения поля давления и площади поверхностной пленки.

2. Теневой фоновый метод — для получения усредненного поля показателя преломления и вычисления полей температуры и концентрации.

3. Цифровая трассерная визуализация — для измерения поля скорости в определенном сечении потока.

4. Moon-Glade BOS — для измерения рельефа поверхности жидкости.

5. Численное решение уравнений гидродинамики в приближении малых чисел Маха при компьютерном моделировании.

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Образование упругой адсорбционной пленки примесей на поверхности дистиллированной воды и глицерина.

2. Метод ИК-термографии для измерения поверхностного давления.

3. Подавление эффекта Марангони при наличии пленки, что изменяет динамику течения и рельеф поверхности при естественной конвекции, возникающей при равномерном охлаждении поверхности жидкости, а также при горизонтальной конвекции, вызванной неравномерным ИК-нагревом поверхности.

4. Метод Moon-Glade BOS измерения рельефа поверхности жидкости

5. Справедливость гипотезы подобия полей температуры и концентрации при испарении этанола и ее нарушение для пара бутанола в воздухе.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность сделанных выводов подтверждается тем, что полученные в наших измерениях результаты соответствуют результатам выполненного числен-

ного моделирования, а также имеющимся литературным данным. Основные положения диссертации были представлены на следующих конференциях:

1. Ломоносовские чтения (Москва, Россия, 2016, 2017, 2019, 2020).

2. Международная научная школа молодых ученых "Физическое и математическое моделирование процессов геосредах" (Москва, Россия, 2016, 2017, 2018).

3. Российская национальная конференция по теплообмену (Москва, Россия, 2018).

4. Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (Москва, Россия, 2019).

5. International conference on fluid control, measurements, and visualization (FLU-COME) (Naples, Italy, 2019).

6. Всероссийская конференция "Физика водных растворов" (Москва, Россия, 2019).

7. Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах» имени А. П. Сухорукова (Россия, 2020).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 6 статей в рецензируемых научных изданиях, индексирующихся в базе данных Web of Science, 2 статьи — в изданиях, индексирующихся в базе данных RSCI, и 14 тезисов докладов.

Личный вклад автора

Автором совместно с научным руководителем были сформулированы цели и задачи исследования. Изложенные в работе результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Все эксперименты, связанные с ИК-термографией, теневым фоновым методом и цифровой трассерной визуализацией, проведены автором лично. Также он выполнил расчеты для первой и второй гла-

вы настоящей диссертации. Двумерное численное моделирование для глав 3-5 было выполнено ст. н. с. кафедры молекулярных процессов и экстремальных состояний вещества, к. ф.-м. н. Винниченко Н. А.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 117 страницах, включает 53 рисунка. Общее число ссылок составляет 147. В конце диссертации сформулированы основные результаты, полученные в ней.

Краткое содержание работы

Первая глава посвящена обоснованию возможности образования на поверхности жидкости адсорбционной пленки примесей, которая ведет себя в слабых течениях как несжимаемая двумерная жидкость. В главе рассматривается влияние мономолекулярных пленок на приповерхностную гидродинамику. Демонстрируется возможность использования ИК-термографии для измерения удельной площади и поверхностного давления в пленках нерастворимых ПАВ, а также для изучения пленок растворимых ПАВ.

Вторая глава посвящена анализу процесса возникновения конвекции в слое жидкости при нестационарном равномерном охлаждении поверхности. Приводятся результаты численного расчета характерного размера и времени возникновения конвективных ячеек для различных значений критериев подобия. Выполняется сравнение результатов расчета с данными ИК-съемки поверхности дистиллированной воды.

В третьей главе исследуется, как различные граничные условия для горизонтальной скорости на поверхности жидкости влияют на структуру течения и теплообмен при горизонтальной конвекции, создаваемой неоднородным нагревом поверхности инфракрасным излучением. Исследуется конвекция в дистиллированной воде и этаноле. Производится сравнение результатов измерения полей температуры и скорости с двумерным численным моделированием.

Четвёртая глава посвящена изучению деформации поверхности жидкости в конвективных течениях. Приводится описание оптической схемы нового метода измерения рельефа поверхности жидкости. Возможности нового метода демонстрируются в задаче измерения поля высоты при распространении гравитационно-капиллярных волн. Также производилось определение знака кривизны поверхности жидкости при всплытии конвективной струи и при конвекции Рэлея-Бенара-Марангони.

В пятой главе анализируется возможность использования предположения о подобии полей температуры и концентрации при изучении конвекции над поверхностью испаряющейся жидкости. Рассматривается конвекция, вызванная испарением этанола и бутанола с нагреваемой пластины. Приводится соотношение для плотности паровоздушной смеси, которое позволяет определить направление конвективного потока. Выполняется сравнение результатов измерений теневым фоновым методом с данными численного моделирования. Устанавливается граница справедливости гипотезы подобия.

1. Мономолекулярные пленки на межфазной границе «жидкость-газ»

1.1. Введение

Пленки растворимых и нерастворимых поверхностно-активных веществ на поверхности жидкости являются объектом подробного изучения в химической физике [1; 2]. Для нерастворимых примесей описание значительно упрощается и можно рассматривать такую пленку как пример двумерной физической системы. Исследование таких пленок имеет большое практическое значение в биологии, химии, при создании новых материалов. Так, технология нанесения мономолекулярных слоев на твердую подложку (метод Лэнгмюра-Блоджетт [78]) используется в молекулярной электронике [66], для исследования структуры приповерхностного слоя воды, моделирования биологических мембран, создания новых органических/неорганических композитов [55].

Пленка как термодинамическая система характеризуется так называемым поверхностным давлением п (Н/м). Это давление приводит к понижению коэффициента поверхностного натяжения жидкости с ПАВ (а) по сравнению с поверхностным натяжением чистой жидкости (а0) [2]:

а = а0 — ж. (11)

На этом основано измерение поверхностного давления с использованием методов, предназначенных для определения коэффициента поверхностного натяжения (метод Вильгельми, метод сидячей капли/пузырька [43] и др.). Также величину давления измеряют непосредственно с помощью пленочных весов [2]. Полученные зависимости давления от удельной площади показали, что вещество в пленке может находиться в различных фазовых состояниях (Рисунок 1.1). Помимо давления рассматривают и другие реологические характеристики — упругость и вязкость [68; 77]. Для их измерения применяют канальные вискозиметры, крутильные маятники [2], метод динамического рассеяния света на капиллярных волнах, порождаемых температурными флуктуациями [46]. Кроме этого, измеряют поверхностный потенциал, исследуют спектр и поляризацию отраженного света, а также ди-

фракцию рентгеновских лучей [17]. Эти исследования позволили обнаружить целый набор фазовых состояний, составляющих конденсированную фазу, которые различаются взаимной ориентацией и положением молекул в пленке [72].

Рисунок 1.1 — Зависимость поверхностного давления от удельной площади для миристиновой кислоты на поверхности воды по данным работ: 1 — [20], 2 — [112], 3 — [113], 4 — [123], 5 — [90], 6 — идеальный газ при 20 °С. Фазовые состояния: О — газовое, ЬЕ — жидкое растянутое, ЬС — жидкое конденсированное

1.2. Влияние мономолекулярных пленок на приповерхностную гидродинамику

Упругие свойства, которыми обладают пленки ПАВ на поверхности жидкости, оказывают влияние на динамику приповерхностного течения. К примеру, этот эффект приводит к уменьшению скорости движения мелких капель и пузырьков, к дополнительному затуханию гравитационно-капиллярных волн [10; 12], изменению характера движения водомерок [87]. Когда вязкие напряжения, действующие на поверхность, создают давление, которое превышает давление в пленке, поверхность приходит в движение (коллапс монослоя [17]). Этим можно

объяснить известный в геофизике эффект возникновения так называемых цирку-ляций Лэнгмюра только тогда, когда скорость ветра достигает определенной величины (4-5 м/с) [14].

Упругие деформации пленки также могут компенсировать термокапиллярный эффект (эффект Марангони). Это приводит к уменьшению интенсивности конвективного тепломассопереноса, поскольку в этом случае течение развивается только за счет термогравитационного механизма, и, кроме того, оно дополнительно тормозится неподвижной поверхностью. Из-за этого разность температур между поверхностью и объемом при естественной конвекции в слое жидкости возрастает в несколько раз [27], способствуя образованию известной в геофизике так называемой холодной пленки (cool skin) [16; 9]. При увеличении поверхностной концентрации и переходе в конденсированную фазу пленки некоторых веществ могут начать препятствовать испарению, уменьшая тепловой поток через поверхность, что, наоборот, приводит к уменьшению разности температур [27; 24].

В нашей лаборатории был проведен ряд экспериментов по изучению естественной конвекции в чистых жидкостях без добавления ПАВ: растекание плоской конвективной струи [138], горизонтальная конвекция, вызванная неоднородным ИК-нагревом [62], естественная конвекция в слое нагретой жидкости [4; 85]. Результаты измерений показали, что поверхность дистиллированной воды и глицерина ведет себя как несжимаемая жидкость, в отличие от этанола и силиконового масла, поверхность которых можно считать свободной. Так, в слое дистиллированной воды не наблюдается термокапиллярной конвекции. Ситуация, однако, меняется, если воду подвергнуть тщательной очистке (Тип I по ASTM D1193-06 (2011)) [4]. Это может говорить о том, что пленка формируется за счет адсорбции содержащихся в дистиллированной воде посторонних примесей. Проверим, действительно ли их количества достаточно для образования прочной пленки.

Для этого сначала оценим величину давления, порождаемого вязкими напряжениями и термокапиллярным эффектом при естественной конвекции. С этой целью было выполнено двумерное численное моделирование в прямоугольной области размером 4,5 х 0,7 см. При этом высота соответствовала толщине

слоя воды, наливаемой в чашку Петри в эксперименте (параграф 1.3), а длина — половине диаметра чашки Петри. Использовались уравнения гидродинамики в приближении Обербека-Буссинеска [8]. Коэффициенты переноса при этом вычислялись для воды при температуре Т0 = 40 °С. Средний тепловой поток через поверхность составлял 700 + 55 (Т - Т0) Вт/м2, где Т — температура точки поверхности. В середине поток был на 10% больше, чем на краях. Это было сделано для того, чтобы течение у поверхности было направлено к центру, что наблюдалось в эксперименте, а также, чтобы оценить максимальную величину вязких напряжений. Боковые стенки и дно считались адиабатическими. При этом часть поверхности (х < 0) была свободной, а остальная часть (х > 0) была покрыта пленкой (полагалась неподвижной). Уравнения аппроксимировались конечно-разностной схемой второго порядка на квазиравномерной прямоугольной сетке с числом узлов 375 х 42 с постоянным шагом по времени 0,01 с.

Возникающее в пленке поверхностное давление определяется формулой:

Ж = Жт + Жу,

,,— у__; (1.2)

жт = °(т(х)) — °(тъ)> ЖУ =

ъ

где Т(х) — температура поверхности в точке л*, Тъ — температура поверхности на границе пленки, г} — динамическая вязкость жидкости, V — поле скорости, хь — координата границы пленки. Из результатов расчета (Рисунок 1.2) видно, что величина давления не превышает 1 мН/м, причем пТ » пу. Даже при 70 °С, как показывают наши измерения (Рисунок 1.6), пТ < 0,5 мН/м.

Теперь оценим давление, которое может возникать при адсорбции примесей. Так, согласно [7] в дистиллированной воде содержится до 0,5 мг/л так называемого общего органического углерода. Для миристиновой кислоты (228,4 г/моль), к примеру, это составляет 2,210-6 моль/л, что согласно [71] достаточно для создания на поверхности давления больше 15 мН/м, что значительно превышает давление, возникающее при естественной конвекции.

Рисунок 1.2 — Численное моделирование естественной конвекции в слое воды для ? = 100 с после начала охлаждения: (а) поле температуры в объеме, (б) распределение поверхностного давления на неподвижном участке поверхности (пленке)

Таким образом, имеющиеся в дистиллированной воде и глицерине посторонние примеси, адсорбируясь на поверхности, формируют упругую пленку, достаточно прочную, чтобы оказывать влияние на динамику приповерхностного конвективного течения. Адсорбция не происходит в этаноле и силиконовом масле, поскольку согласно уравнению Гиббса [2]

Г = (1.3)

ЯТ d 1п а

где Г — поверхностный избыток, Я — газовая постоянная, а — активность растворенной компоненты, при этом должно происходить понижение поверхностного натяжения. Однако КПН при 25 °С для этанола (22,0 мН/м) и ПДМС-10 (20,1 мН/м) меньше, чем у большинства неполярных органических жидкостей (20-40 мН/м) и в 3 раза меньше, чем у воды (72,0 мН/м) и глицерина (63,1 мН/м).

1.3. ИК-термография как метод исследования мономолекулярных пленок

нерастворимых примесей

Разность температур чистой поверхности и поверхности, покрытой пленкой ПАВ, при конвекции в слое нагретой жидкости позволяет с помощью ИК-термографии визуально наблюдать распределение загрязнений на поверхности [116]. Действительно, нами была проведена ИК-съемка поверхности воды (Тип I по ASTM D1193-06 (2011)) при ее остывании в открытой чашке Петри (ОДО «Полиэфир», 90 мм) (Рисунок 1.3). Объем воды составлял 40 мл. С помощью дозатора (ТорРейе 5-50 ц1, БЬАВ БшепШс) на поверхность воды помещалось от 4,5 до 36,5 мкл раствора миристиновой кислоты (СН3(СН2)12СООН, 81§та-АШпсЬ #70082, > 98,0% ОС) в этаноле (ОАО «Медхимпром», 95%). Съемка велась с помощью камеры FLIR SC7700M (640 х 512 пикс, 3,7-4,8 мкм) при температуре окружающего воздуха 24,5 °С и влажности 23%.

Т = 60 °С Т= 42,5 °С Т= 26 °С

X, см X, см X, см

Рисунок 1.3 — Поле температуры на поверхности воды в чашке Петри при разных средних температурах (ИК-съемка) при добавлении 2,510-9 моль миристиновой кислоты

При добавлении миристиновой кислоты площадь пленки возрастала (Рисунок 1.4). При этом приращение площади практически не меняется с температурой. По результатам этих измерений (Рисунок 1.5) была определена удельная площадь, приходящаяся на одну молекулу, которая составила (43 ± 9) А2. Эта величина со-

ответствует границе области фазового перехода из газообразного состояния в жидкое растянутое (точка В на Рисунке 1.1). При этом ее положение действительно слабо зависит от температуры [129]. Таким образом, измерение поля температуры на поверхности жидкости с помощью ИК-термографии позволяет по площади холодной области определить площадь пленки ПАВ. Минимальная регистри-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пуштаев Алексей Владимирович, 2021 год

Список литературы

1. Адам, Н. К. Физика и химия поверхностей / Н. К. Адам; пер. с 3-го англ. изд. Д. М. Толстого; под ред. проф. А. С. Ахматова. — Москва; Ленинград: Гостехиздат, 1947. — 552 с.

2. Адамсон, А. У. Физическая химия поверхностей / А. У. Адамсон; пер. с англ. И. Г. Абидора; под ред. З. М. Зорина, В. М. Муллера; с предисл. Б. В. Дерягина. — М: Мир, 1979. — 568 с.

3. Бояршинов, Б. Ф. Тепло- и массообмен в пограничном слое при испарении и горении этанола / Б. Ф. Бояршинов, Э. П. Волчков, В. И. Терехов // Физика горения и взрыва. — 1994. — Т. 30. — С. 8-15.

4. Влияние малых примесей на формирование структур при конвекции Рэлея-Бенара-Марангони в плоском слое жидкости / Ю. Ю. Плаксина, А. В. Пу-штаев, Н. А. Винниченко, А. В. Уваров // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. — 2018. — № 5. — С. 56-62.

5. Волчков, Э. П. Структура течения, тепло- и массоперенос в пограничных слоях со вдувом химически реагирующих веществ (обзор) / Э. П. Волчков, В. И. Терехов, В. В. Терехов // Физика горения и взрыва. — 2004. — Т. 40, № 1. — С. 3-20.

6. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений в среде МАТЬАБ / Р. Гонса-лес, Р. Вудс, С. Эддинс; пер. с англ. В. В. Чепыжова. — М.: Техносфера, 2006. — 616 с.

7. ГОСТ Р 58144-2018 Вода дистиллированная. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2018. — 10 с.

8. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — 5-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 736 с.

9. Лапшин, В. Б. Поверхностный микрослой океана: Физические свойства и процессы: диссертация ... доктора физико-математических наук: 04.00.23. — Москва, 1998. — 396 с.

10. Левич, В. Г. Физико-химическая гидродинамика / В. Г. Левич. — М.: Физ-матгиз, 1959.

11. Математическая теория горения и взрыва / Я. Б. Зельдович, Г. И. Барен-блатт, В. Б. Либрович, Г. М. Махвиладзе. — М: Наука, 1980. — 478 с.

12. Мельникова, О. Н. Усиление нелинейных ветровых волн на чистой воде и при наличии масляной пленки / О. Н. Мельникова, К. В. Показеев // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. — 2009. — Т. 45, №. 3. — С. 420-425.

13. Пригожин, И. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур / И. Пригожин, Д. Кондепуди; пер. с англ. Ю. А. Данилова и В. В. Белого. — М.: Мир, 2002. — 461 с.

14. Рянжин, С. В. Загадочные циркуляции. / С. В. Рянжин, Н. В. Кочков, Л. Н. Карлин // Природа. — 2008. — № 4. — С. 16-23.

15. Справочник химика / Ред. коллегия: Б. П. Никольский и др. — Москва; Ленинград: Химия, 1965-1968.

16. Федоров, К. Н. Приповерхностный слой океана / К. Н. Федоров, А. И. Гинзбург. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988. — 303 с.

17. Adamson, A. W. Physical chemistry of surfaces / A. W. Adamson, A. P. Gast; 6th Edition. — New-York: Wiley-Interscience, 1997. — 808 p.

18. A dot tracking algorithm to measure free surface deformations / F. Charruault, A. J. Greidanus, W.-P. Breugem, J. Westerweel // Proceedings 18th International Symposium on Flow Visualization. — ETH Zurich, 2018.

19. An improved, free surface, topographic technique / A. Fouras, K. Hourigan, M. Kawahashi, H. Hirahara // Journal of visualization. — 2006. — Vol. 9, no. 1. — P. 49-56.

20. Adam, N. K. The structure of thin films. Part VII. Critical evaporation phenomena at low compressions / N. K. Adam, G. Jessop // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. — 1926. — Vol. 110, no. 754. — P. 423-441.

21. Adams, J. A. Free convection organic sublimation on a vertical semi-infinite plate / J. A. Adams, R. L. Lowell Jr // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1968. — Vol. 11, no. 8. — P. 1215-1224.

22. Air flow temperature measurements using infrared thermography / N. Vinnichen-ko, Y. Plaksina, O. Yakimchuk et al. // Quantitative InfraRed Thermography Journal. — 2017. — Vol. 14, no. 1. — P. 107-121.

23. Application of high-resolution IR thermography to study the surface of aqueous solutions / A. V. Uvarov, N. A. Vinnichenko, Yu. Yu. Plaksina, A. V. Pushtaev // Physics of Wave Phenomena. — 2020. — Vol. 28, no. 2. — P. 150-153.

24. Barnes, G. T. The effects of monolayers on the evaporation of liquids / G. T. Barnes // Advances in Colloid and Interface Science. — 1986. — Vol. 5. — P. 89-200.

25. Bénard, H. Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquid / H. Bénard // Revue générale des sciences pures et appliquées. — 1900. — Vol. 11. — P. 1261-1271, 1309-1328.

26. Bichromatic synthetic schlieren applied to surface wave measurements / J. Kolaas, B. H. Riise, K. Sveen, A. Jensen // Experiments in Fluids. — 2018. — Vol. 59, no. 8. — P. 128.

27. Bower, S. M. Sherwood-Rayleigh parameterization for evaporation in the presence of surfactant monolayers / S. M. Bower, J. R. Saylor // AIChE Journal. — 2013. — Vol. 59, no. 1. — P. 303-315.

28. Callahan, G. D. Transient free convection with mass transfer on an isothermal vertical flat plate / G. D. Callahan, W. J. Marner // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1976. — Vol. 19, no. 2. — P. 165-174.

29. Capillary wave method: An alternative approach to wave excitation and to wave profile reconstruction / A. Shmyrov, A. Mizev, A. Shmyrova, I. Mizeva // Physics of Fluids. — 2019. — Vol. 31, no. 1. — P. 012101.

30. Carslaw, H. S. Conduction of heat in solids / H. S. Carslaw, J. C. Jaeger. — Oxford: Clarendon P, 1959.

31. Chamkha, A. J. Radiation effects on free convection flow past a semi-infinite vertical plate with mass transfer / A. J. Chamkha, H. S. Takhar, V. M. Soundalgekar // Chemical Engineering Journal. — 2001. — Vol. 84, no. 3. — P. 335-342.

32. Chang, C. J. Natural convection flows in a vertical, open tube resulting from combined buoyancy effects of thermal and mass diffusion / C. J. Chang, T. F. Lin, W. M. Yan // International journal of heat and mass transfer. — 1986. — Vol. 29, no. 10. — P. 1543-1552.

33. Charogiannis, A. Laser induced phosphorescence imaging for the investigation of evaporating liquid flows / A. Charogiannis, F. Beyrau // Experiments in fluids. — 2013. — Vol. 54, no. 5. — P. 1518.

34. Charogiannis, A. Spatiotemporally resolved heat transfer measurements in falling liquid-films by simultaneous application of planar laser-induced fluorescence (PLIF), particle tracking velocimetry (PTV) and infrared (IR) thermography / A. Charogiannis, C. N. Markides // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2019. — Vol. 107. — P. 169-191.

35. Chen, T. S. Combined heat and mass transfer in mixed convection along vertical and inclined plates / T. S. Chen, C. F. Yuh, A. Moutsoglou // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1980. — Vol. 23, no. 4. — P. 527-537.

36. Chilton, T. H. Mass transfer (absorption) coefficients prediction from data on heat transfer and fluid friction / T. H. Chilton, A. P. Colburn // Industrial & engineering chemistry. — 1934. — Vol. 26, no. 11. — P. 1183-1187.

37. Chiu-Webster, S. Very viscous horizontal convection / S. Chiu-Webster, E. J. Hinch, J. R. Lister // Journal of Fluid Mechanics. — 2008. — Vol. 611. — P. 395-426.

38. Concentration measurements in a round hydrogen jet using Background Oriented Schlieren (BOS) technique / N. Kotchourko, M. Kuznetsov, A. Kotchourko et al. // International journal of hydrogen energy. — 2014. — Vol. 39, no. 11. — P. 6201-6209.

39. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide, ed. — Boca Raton: Taylor and Francis, 2010.

40. Currie, I. G. The effect of heating rate on the stability of stationary fluids / I. G. Currie // Journal of Fluid Mechanics. — 1967. — Vol. 29, no. 2. — P. 337-347.

41. Dabiri, D. Simultaneous free-surface deformation and near-surface velocity measurements / D. Dabiri, M. Gharib // Experiments in fluids. — 2001. — Vol. 30, no. 4. — P. 381-390.

42. Dehaeck, S. Vapor-based interferometric measurement of local evaporation rate and interfacial temperature of evaporating droplets / S. Dehaeck, A. Rednikov, P. Colinet // Langmuir. — 2014. — Vol. 30, no. 8. — P. 2002-2008.

43. Determination of surface tension and contact angle by the axisymmetric bubble and droplet shape analysis / I. V. Marchuk, V. V. Cheverda, P. A. Strizhak, O. A. Kabov // Thermophysics and Aeromechanics. — 2015. — Vol. 22, no. 3. — P. 297-303.

44. Dilatational and shear elasticity of gel-like protein layers on air/water interface / J. T. Petkov, T. D. Gurkov, B. E. Campbell, R. P. Borwankar // Langmuir. — 2000. — Vol. 16, no. 8. — P. 3703-3711.

45. Dillon, H. E. A fundamental equation for calculation of the thermodynamic properties of ethanol / H. E. Dillon, S. G. Penoncello // International journal of thermophysics. — 2004. — Vol. 25, no. 2. — P. 321-335.

46. Earnshaw, J. C. Viscoelasticity of monolayers of n-pentadecanoic acid: a light scattering study / J. C. Earnshaw, P. J. Winch. // Journal of Physics: Condensed Matter. — 1990. — Vol. 2, no. 42. — P. 8499.

47. Effect of Marangoni convection on the temperature profiles of a free surface subject to nonuniform radiative heating / Y. Kurosaki, I. Satoh, T. Horiuchi, T. Kashiwagi // Experimental Thermal and Fluid Science. — 1989. — Vol. 2, no. 3. — P. 365-373.

48. El-Wakil, M. M. An interferometric study of mass transfer from a vertical plate at low Reynolds numbers / M. M. El-Wakil, G. E. Myers, R. J. Schilling // Journal of Heat Transfer. — 1966. — Vol. 88, no. 4. — P. 399-406.

49. Evaporation rates of pure hydrocarbon liquids under the influences of natural convection and diffusion / P. L. Kelly-Zion, C. J. Pursell, R. S. Booth, A. N. VanTilburg // International journal of heat and mass transfer. — 2009. — Vol. 52, no. 13-14. — P. 3305-3313.

50. Foster, T. D. Onset of convection in a layer of fluid cooled from above / T. D. Foster // The Physics of Fluids. — 1965. — Vol. 8, no. 10. — P. 17701774.

51. Foster, T. D. Stability of a homogeneous fluid cooled uniformly from above / T. D. Foster // The Physics of Fluids. — 1965. — Vol. 8, no. 7. — P. 1249-1257.

52. From steady to unsteady horizontal gradient-driven convection at high Prandtl number / K. E. Uguz, G. Labrosse, R. Narayanan, F. Pigeonneau // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2014. — Vol. 71. — P. 469-474.

53. Gebhart, B. The nature of vertical natural convection flows resulting from the combined buoyancy effects of thermal and mass diffusion / B. Gebhart, L. Pera // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1971. — Vol. 14, no. 12. — P. 2025-2050.

54. Genceli, O. F. The onset of natural convection in a horizontal air layer heated from below / O. F. Genceli, K. Onat // Warme-und Stoffubertragung. — 1974. — Vol. 7, no. 4. — P. 248-256.

55. Giner-Casares, J. J. Langmuir monolayers as unique physical models / J. J. Giner-Casares, G. Brezesinski, H. Mohwald. // Current opinion in colloid & interface science. — 2014. — Vol. 19, no. 3. — P. 176-182.

56. Global measurement of water waves by Fourier transform profilometry / P. J. Co-belli, A. Maurel, V. Pagneux, P. Petitjeans // Experiments in fluids. — 2009. -Vol. 46, no. 6. — P. 1037.

57. Goldstein, R. J. A review of mass transfer measurements using naphthalene sublimation / R. J. Goldstein, H. H. Cho // Experimental Thermal and Fluid Science. — 1995. — Vol. 10, no. 4. — P. 416-434.

58. Goldstein, R. J. Onset and development of natural convection above a suddenly heated horizontal surface / R. J. Goldstein, R. J. Volino // Journal of Heat Transfer. — 1995. — Vol. 117, no. 4. — P. 808-821.

59. Hale, G. M. Optical constants of water in the 200-nm to 200-^m wavelength region / G. M. Hale, M. R. Querry // Applied optics. — 1973. — Vol. 12, no. 3. — P. 555-563.

60. Heutmaker, M. S. Wave-vector field of convective flow patterns / M. S. Heut-maker, J. P. Gollub // Physical Review A. — 1987. — Vol. 35, no. 1. — P. 242.

61. High-resolution 3D shape measurement on specular surfaces by fringe reflection / T. Bothe, W. Li; C. von Kopylow, W. P. O. Juptner // Proc. SPIE 5457, Optical Metrology in Production Engineering, (10 September 2004).

62. Horizontal convection driven by nonuniform radiative heating in liquids with different surface behavior / N. A.Vinnichenko, A. V. Pushtaev, Yu. Yu. Plaksina et al. // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2018. — Vol. 126. — P. 400-410.

63. Horizontal convection in water heated by infrared radiation and cooled by evaporation: scaling analysis and experimental results / A. K. wAhlin, A. M. Johansson, E. Aas et al. // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. — 2010. — Vol. 62, no. 2. — P. 154-169.

64. Huang, L. Dynamic three-dimensional sensing for specular surface with mono-scopic fringe reflectometry / L. Huang, C. S. Ng, A. K. Asundi // Optics express. — 2011. — Vol. 19, no. 13. — P. 12809-12814.

65. Hughes, G. O. Horizontal convection / G. O. Hughes, R. W. Griffiths // Annual Review of Fluid Mechanics. — 2008. — Vol. 40. — P. 185-208.

66. Hussain, S. A. Langmuir-Blodgett films and molecular electronics / S. A. Hussain, D. Bhattacharjee // Modern Physics Letters B. — 2009. — Vol. 23, no. 29. — P. 3437-3451.

67. Improvement in spatial resolution of background-oriented schlieren technique by introducing a telecentric optical system and its application to supersonic flow /

M. Ota, F. Leopold, R. Noda, K. Maeno // Experiments in fluids. — 2015. — Vol. 56, no. 3. — P. 48.

68. Interfacial rheology / R. Miller, L. Liggieri, ed. — Leiden: Brill, 2009.

69. Investigation of waves interaction in annular gas-liquid flow using high-speed fluorescent visualization technique / S. V. Alekseenko, V.A. Antipin, A.V. Cherdantsev et al. // Microgravity Science and Technology. — 2008. — Vol. 20, no. 3-4. — P. 271-275.

70. Jeffreys, H. Some cases of instability in fluid motion / H. Jeffreys // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. — 1928. — Vol. 118, no. 779. — P. 195-208.

71. Joos, P. The force-area curve for a spread slightly soluble monolayer (Myristic acid) / P. Joos, M. Van Uffelen // Journal of colloid and interface science. — 1995. — Vol. 172, no. 1. — P. 77-81.

72. Kaganer, V. M. Structure and phase transitions in Langmuir monolayers / V. M. Kaganer, H. Möhwald, P. Dutta // Reviews of Modern Physics. — 1999. — Vol. 71, no. 3. — P. 779.

73. Kayser, W. V. Surface relief accompanying natural convection in liquid pools heated from below / W. V. Kayser, J. C. Berg // Journal of Fluid Mechanics. — 1973. — Vol. 57, no. 4. — P. 739-752.

74. Knauer, M. C. Phase measuring deflectometry: a new approach to measure specular free-form surfaces / M. C. Knauer, J. Kaminski, G. Häusler // Proc. SPIE 5457, Optical Metrology in Production Engineering, (10 September 2004).

75. Kozhevnikov, D. A. Natural convection with evaporation in a vertical cylindrical cavity under the effect of temperature-dependent surface tension / D. A. Kozhevnikov, M. A. Sheremet // Continuum Mechanics and Thermodynamics. — 2018. — Vol. 30, no. 1. — P. 83-94.

76. Laser-induced thermocapillary convective flows: A new approach for non-contact actuation at microscale at the fluid/gas interface / R. T. Mallea, A. Bolopion, J.-C. Beugnot et al. // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers. — 2017. — Vol. 22, no. 2. — P. 693-704.

77. Langevin, D. Rheology of adsorbed surfactant monolayers at fluid surfaces / D. Langevin // Annual Review of Fluid Mechanics. — 2014. — Vol. 46. — P. 47-65.

78. Langmuir-blodgett films / J. A. Zasadzinski, R. Viswanathan, L. Madsen et al. // Science. — 1994. — Vol. 263, no. 5154. — P. 1726-1733.

79. Li, D. Experimental study on liquid free surface in buoyant-thermocapillary convection / D. Li, K. Qi, H. Wen-Rui // Chinese Physics Letters. — 2008. — Vol. 25, no. 4. — P. 1347.

80. Lick, W. The instability of a fluid layer with time-dependent heating / W. Lick // Journal of Fluid Mechanics. — 1965. — Vol. 21, no. 3. — P. 565-576.

81. Lin, H. T. Combined heat and mass transfer by laminar natural convection from a vertical plate / H. T. Lin, C. M. Wu // Heat and mass transfer. — 1995. — Vol. 30, no. 6. — P. 369-376.

82. Longtin, J. P. Laser-induced surface-tension-driven flows in liquids / J. P. Longtin, K. Hijikata, K. Ogawa // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1999. — Vol. 42, no. 1. — P. 85-93.

83. Mapping surface tension induced menisci with application to tensiometry and re-fractometry / A. Mishra,V. Kulkarni, J.-W. Khor, S. Wereley // Soft matter. — 2015. — Vol. 11, no. 28. — P. 5619-5623.

84. Measurement of free surface deformation by reflectance-Schlieren method / B. Scheid, O. A. Kabov, C. Minetti et al. // Proceedings of the 3rd European Thermal Sciences Conference (September 10-13, 2000, Heidelberg, Germany). — 2000, — P. 651-657.

85. Measurements of liquid surface relief with moon-glade background oriented Schlieren technique / N. A. Vinnichenko, A. V. Pushtaev, Yu. Yu. Plaksina, A. V. Uvarov // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2020. — Vol. 114. — P. 110051.

86. Measuring the molecular polarizability of air / M. J. Madsen, D. R. Brown, S. R. Krutz, M. J. Milliman // American Journal of Physics. — 2011. — Vol. 79, no. 4. — P. 428-430.

87. Mobility of free surface in different liquids and its influence on water striders locomotion / N. A. Vinnichenko, Yu. Yu. Plaksina, K. M. Baranova et al. // Environmental Fluid Mechanics. — 2018. — Vol. 18, no. 5. — P. 1045-1056.

88. Moisy, F. A synthetic Schlieren method for the measurement of the topography of a liquid interface / F. Moisy, M. Rabaud, K. Salsac // Experiments in Fluids. — 2009. — Vol. 46, no. 6. — P. 1021.

89. Mollendorf, J. C. Developing flow and transport above a suddenly heated horizontal surface in water / J. C. Mollendorf, H. Arif, E. B. Ajiniran // International journal of heat and mass transfer. — 1984. — Vol. 27, no. 2. — P. 273-289.

90. Moss, S. A. 361. On the vaporous state of myristic acid films on aqueous solutions / S. A. Moss, E. K. Rideal // Journal of the Chemical Society (Resumed). — 1933. — P. 1525-1528.

91. Mullarney, J. C. Convection driven by differential heating at a horizontal boundary / J. C. Mullarney, R. W. Griffiths, G. O. Hughes // Journal of Fluid Mechanics. — 2004. — Vol. 516. — P. 181-209.

92. Murase, H. Surface shape reconstruction of a nonrigid transport object using refraction and motion / H. Murase // IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence. — 1992. — Vol. 14, no. 10. — P. 1045-1052.

93. Natural convection flows due to evaporation of heavier-than-air fluids: Flow direction and validity of using similarity of temperature and vapor density fields / N. A. Vinnichenko, A. V. Pushtaev, Y. Y. Plaksina, A. V. Uvarov // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2019. — Vol. 106. — P. 1-10.

94. Natural convection in a vertical channel with opposing buoyancy forces / T. S. Lee, P. G. Parikh, A. Acrivos, D. Bershader // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1982. — Vol. 25, no. 4. — P. 499-511.

95. Nield, D. A. The onset of transient convective instability / D. A. Nield // Journal of Fluid Mechanics. — 1975. — Vol. 71, no. 3. — P. 441-454.

96. Nielsen, R. C. Transient heat transfer in Benard convection / R. C. Nielsen, R. H. Sabersky // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1973. — Vol. 16, no. 12. — P. 2407-2420.

97. On the extent of surface stagnation produced jointly by insoluble surfactant and thermocapillary flow / A. Shmyrov, A. Mizev, V. Demin et al. // Advances in colloid and interface science. — 2018. — Vol. 255. — P. 10-17.

98. On the onset of horizontal convection / C. S. Vila, S. Discetti, G. M. Carlomagno et al. // International Journal of Thermal Sciences. — 2016. — Vol. 110. — P. 96-108.

99. Onat, K. Das Einsetzen der Konvektion in Flüssigkeiten über einer beheizten waagerechten Platte = The Onset of Convection in a Horizontal Fluid Layer Heated from Below / K. Onat, U. Grigull // Wärme-und Stoffübertragung. — 1970. — Vol. 3, no. 2. — P. 103-113.

100. Paquier, A. Viscosity effects in wind wave generation / A. Paquier, F. Moisy, M. Rabaud // Physical Review Fluids. — 2016. — Vol. 1, no. 8. — P. 083901.

101. Particle Image Velocimetry: A Practical Guide / M. Raffel, C. E. Willert, F. Scarano et al. — Springer International Publishing, 2018. — 669 p.

102. Pearson, J. R. A. On convection cells induced by surface tension / J. R. A. Pearson // Journal of fluid mechanics. — 1958. — Vol. 4, no. 5. — P. 489-500.

103. Pellew, A. On maintained convective motion in a fluid heated from below / A. Pellew, R. V. Southwell // Proceedings of the Royal Society of London. Series

A, Mathematical and Physical Sciences. — 1940. — Vol. 176, no. 966. — P. 312-343.

104. Pera, L. Natural convection flows adjacent to horizontal surfaces resulting from the combined buoyancy effects of thermal and mass diffusion / L. Pera,

B. Gebhart // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 1972. — Vol. 15, no. 2. — P. 269-278.

105. Pigeonneau, F. Practical laws for natural convection of viscous fluids heated from above in a shallow cavity / F. Pigeonneau, J. M. Flesselles // International journal of heat and mass transfer. — 2012. — Vol. 55, no. 1-3. — P. 436-442.

106. Quantification of transient behavior of wind-driven surface droplet/rivulet flows using a digital fringe projection technique / H. Hu, B. Wang, K. Zhang et al. // Journal of Visualization. — 2015. — Vol. 18, no. 4. — P. 705-718.

107. Raffel, M. Background-oriented schlieren (BOS) techniques / M. Raffel // Experiments in Fluids. — 2015. — Vol. 56, no. 3. — P. 60.

108. Rayleigh, L. LIX. On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side / L. Rayleigh // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. — 1916. — Vol. 32, no. 192. — P. 529-546.

109. Refractive index of water and steam as function of wavelength, temperature and density / P. Schiebener, J. Straub, J. M. H. Levelt Sengers, J. S. Gallagher // Journal of physical and chemical reference data. — 1990. — Vol. 19, no. 3. — P. 677-717.

110. Removal of micrometer size particles from surfaces using laser-induced ther-mocapillary flow: experimental results / N. A. Ivanova, V. M. Starov, A. Trybala, V. M. Flyagin // Journal of colloid and interface science. — 2016. — Vol. 473. — P. 120-125.

111. Review of phase measuring deflectometry / L. Huang, M. Idir, C. Zuo, A. Asun-di // Optics and Lasers in Engineering. — 2018. — Vol. 107. — P. 247-257.

112. Sakai, K. Observation of coexistence of gas and condensed phases in Langmuir films by scanning ripplon light scattering technique / K. Sakai, K. Takagi // Langmuir. — 1994. — Vol. 10, no. 3. — P. 802-806.

113. Sakamoto, N. Phase transition and critical behavior in Langmuir films of myristic acid / N. Sakamoto, K. Sakai, K. Takagi // Physical Review E. — 1996. — Vol. 53, no. 6. — P. 6164.

114. Sani, E. Spectral optical constants of ethanol and isopropanol from ultraviolet to far infrared / E. Sani, A. Dell'Oro // Optical Materials. — 2016. — Vol. 60. — P. 137-141.

115. Sarris, I. E. Natural convection in a 2D enclosure with sinusoidal upper wall temperature / I. E. Sarris, I. Lekakis, N. S. Vlachos // Numerical Heat Transfer: Part A: Applications. — 2002. — Vol. 42, no. 5. — P. 513-530.

116. Saylor, J. R. Determining liquid substrate cleanliness using infrared imaging / J. R. Saylor // Review of scientific instruments. — 2001. — Vol. 72, no. 12. — P. 4408-4414.

117. Saylor, J. R. Measurement of surfactant properties using a circular capillary wave field / J. R. Saylor, A. J. Szeri, G. P. Foulks. // Experiments in Fluids. — 2000. — Vol. 29, no. 6. — P. 509-518.

118. Scarano, F. Iterative multigrid approach in PIV image processing with discrete window offset / F. Scarano, M. L. Riethmuller // Experiments in Fluids. — 1999. — Vol. 26, no. 6. — P. 513-523.

119. Schmidt, R. J. On the instability of a fluid when heated from below/ R. J. Schmidt, S. W. Milverton // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. — 1935. — Vol. 152, no. 877. — P. 586-594.

120. Sheard, G. J. Horizontal convection: effect of aspect ratio on Rayleigh number scaling and stability / G. J. Sheard, M. P. King // Applied Mathematical Modelling. — 2011. — Vol. 35, no. 4. — P. 1647-1655.

121. Shishkina, O. Mean flow structure in horizontal convection / O. Shishkina // Journal of Fluid Mechanics. — 2017. — Vol. 812. — P. 525-540.

122. Siddiqui, O. K. Assessment of thermo-fluid analogies for different flow configurations: the effect of Prandtl number, and laminar-to-turbulent flow regimes / O. K. Siddiqui, S. Z. Shuja, S. M. Zubair // International Journal of Thermal Sciences. — 2018. — Vol. 129. — P. 145-170.

123. Smith, T. Monolayers on water: I. A theoretical equation for the liquid expanded state / T. Smith // Journal of colloid and interface science. — 1967. — Vol. 23, no. 1. — P. 27-35.

124. Soundalgekar, V. M. Finite-difference analysis of transient free convection with mass transfer on an isothermal vertical flat plate / V. M. Soundalgekar, P. Gane-san // International Journal of Engineering Science. — 1981. — Vol. 19, no. 6. — P. 757-770.

125. Mendes, P. R. S. The naphthalene sublimation technique / P. R. S. Mendes // Experimental Thermal and Fluid Science. — 1991. — Vol. 4, no. 5. — P. 510-523.

126. Sparrow, E. M. Thermal instability in a horizontal fluid layer: effect of boundary conditions and non-linear temperature profile / E. M. Sparrow, R. J. Goldstein, V. K. Jonsson // Journal of Fluid Mechanics. — 1964. — Vol. 18, no. 4. — P. 513528.

127. Sparrow, E. M. Natural convection in a ternary gas mixture — application to the naphthalene sublimation technique / E. M. Sparrow, J. E. Niethammer // Journal of Heat Transfer. — 1979. — Vol. 101, no. 3. — P. 404-410.

128. Surface topography measurements of the bouncing droplet experiment / A. P. Damiano, P.-T. Brun, D. M. Harris et al. // Experiments in Fluids. — 2016. — Vol. 57, no. 10. — P. 163.

129. The dissolution of myristic acid monolayers in water / O. Albrecht, H. Matsuda, K. Eguchi, T. Nakagiri // Thin Solid Films. — 1999. — Vol. 338, no. 1-2. — P. 252-264.

130. The onset of convective instability in a horizontal fluid layer subjected to a constant heat flux from below / C. K. Choi, J. H. Park, M. C. Kim et al. // International journal of heat and mass transfer. — 2004. — Vol. 47, no. 19-20. — P. 4377-4384.

131. The origin of instability in enclosed horizontally driven convection / T. Tsai, W. K. Hussam, A. Fouras, G. J. Sheard // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2016. — Vol. 94. — P. 509-515.

132. Transient Rayleigh-Benard-Marangoni convection due to evaporation: a linear non-normal stability analysis / F. Doumenc, T. Boeck, B. Guerrier, M. Rossi // Journal of Fluid Mechanics. — 2010. — Vol. 648. — P. 521-539.

133. Transmission-speckle correlation for measuring dynamic deformation of liquid surface / Z. Liu, J. Guo, W. Shi // Optics and Lasers in Engineering. — 2015. — Vol. 65. — P. 110-116.

134. Travnicek, Z. Hysteresis in annular impinging jets / Z. Travnicek, V. Tesar // Experimental thermal and fluid science. — 2013. — Vol. 44. — P. 565-570.

135. Turney, D. E. Air-water gas transfer and near-surface motions / D. E. Turney, S. Banerjee // Journal of Fluid Mechanics. — 2013. — Vol. 733. — P. 588-624.

136. Unsteady wave pattern generation by water striders / T. Steinmann, M. Arutkin, P. Cochard et al. // Journal of Fluid Mechanics. — 2018. — Vol. 848. — P. 370387.

137. Vapor distribution above an evaporating sessile drop / P. Kelly-Zion, C. J. Pursell, N. Hasbamrer et al. // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2013. — Vol. 65. — P. 165-172.

138. Vinnichenko, N. A. Combined study of heat exchange near the liquid-gas interface by means of Background Oriented Schlieren and Infrared Thermal Imaging / N. A.Vinnichenko, A. V. Uvarov, Yu. Yu. Plaksina // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2014. — Vol. 59. — P. 238-245.

139. Volchkov, E. P. Concerning the heat and mass transfer features on permeable surfaces / E. P. Volchkov // International journal of heat and mass transfer. — 2006. — Vol. 49, no. 3-4. — P. 755-762.

140. Wagner, W. The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use / W. Wagner, A. PruB // Journal of physical and chemical reference data. — 2002. — Vol. 31, no. 2. — P. 387-535.

141. Wang, W. An experimental study on thermal circulation driven by horizontal differential heating / W. Wang, R. X. Huang // Journal of Fluid Mechanics. — 2005. — Vol. 540. — P. 49-73.

142. Westerweel, J. On velocity gradients in PIV interrogation / J. Westerweel // Experiments in Fluids. — 2008. — Vol. 44, no. 5. — P. 831-842.

143. Wildeman, S. Real-time quantitative Schlieren imaging by fast Fourier demodulation of a checkered backdrop / S. Wildeman // Experiments in Fluids. — 2018. — Vol. 59, no. 6. — P. 97.

144. Wong, H. Y. Handbook of essential formulae and data on heat transfer for engineers / H. Y. Wong. — London: Longman, 1977.

145. Yan, W.-M. Effects of film evaporation on laminar mixed convection heat and mass transfer in a vertical channel / W.-M. Yan // International journal of heat and mass transfer. — 1992. — Vol. 35, no. 12. — P. 3419-3429.

146. Zhang, K. An experimental investigation on the surface water transport process over an airfoil by using a digital image projection technique / K. Zhang, T. Wei, H. Hu // Experiments in Fluids. — 2015. — Vol. 56, no. 9. — P. 173.

147. Zhang, X. Optical mapping of fluid density interfaces: Concepts and implementations / X. Zhang, D. Dabiri, M. Gharib // Review of Scientific Instruments. — 1996. — Vol. 67, no. 5. — P. 1858-1868.