Evaporation-driven solutal-Marangoni instability in a saline solution: Theoretical and numerical studies

马朗戈尼效应 蒸发 不稳定性 机械 对流 物理 毛细管作用 缩放比例 热力学 表面张力 质量通量 几何学 数学
作者
Joung Sook Hong,Kyung Hyun Ahn,Jaewook Nam,Min Chan Kim
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (10) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0166725
摘要

The onset of solutal-capillary instability driven by evaporation through the solution–air interface is investigated theoretically and numerically in thin saline water. A scaling analysis shows that the development of the surface tension gradient is mainly driven by evaporative mass flux rather than evaporative heat flux, leading to the onset of solutal-capillary instability. The onset time of instability is theoretically analyzed through a linear stability analysis with newly derived stability equations that consider variations in the evaporative concentration, concluding that Ma·α is the most important parameter governing the onset of solutal-capillary convection, rather than Ma or α. Correspondingly, a nonlinear numerical simulation demonstrates that as evaporation proceeds, a nonvolatile salt accumulates near the evaporating interface and inhomogeneity of the concentration along the interface, which induces solutal-capillary motion, develops. The critical onset time determined from the linear stability analysis is in good agreement with the numerical simulation outcomes. The present theoretical and numerical study provides a better understanding of the evaporation-driven instability that develops in thin liquid films under the given temperature variation.
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