Работа посвящена экспериментальному и численному исследованию деформаций в тонком слое жидкости, неравномерно нагреваемого снизу. Для восстановления поля деформаций свободной поверхности пленки жидкости используется модификация синтетического шлирен метода. В литературе данная конфигурация метода была разработана, однако область применения ограничивается толстыми пленками жидкости (толщиной около 30 мм). В данном исследовании подложка покрывалась черным покрытием, что позволяло измерять тонкие пленки жидкости (от 1 мм и ниже). Фактически, область применения метода была расширена для исследования явлений, в которых поверхностные эффекты имеют принципиальное значение. Кроме того, обнаружено ограничение метода, связанное с кривизной свободной поверхности. В данном исследовании предложено несколько способов для частичного преодоления данного ограничения.
Экспериментальные исследования проводились для пленки силиконового масла, неравномерно нагретой снизу (толщина 1,25 мм). Модификацией синтетического шлирен метода восстановлена эволюция деформаций свободной поверхности на начальной стадии нагрева. Впервые обнаружено, что вопреки ожиданиям вогнутой деформации поверхности, вызванной термокапиллярным эффектом, предшествует расширение жидкости в более горячей области. Также было обнаружено, что локальный нагрев горизонтального слоя жидкости создает волну вокруг нагревателя на начальной стадии нагрева. Волна объясняется движением жидкости от центра кюветы к периферии. Амплитуды зарегистрированного расширения, а также волны, возникающей на краю нагревателя, малы и составляют около 1 мкм.
С использованием Ansys fluent проведено численное моделирование деформаций свободной поверхности тонкой пленки жидкости, нагреваемой снизу, методом VOF (volume of fluid). Результаты численного расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными. Показано, что расширение жидкости в более горячей области на начальной стадии нагрева вызвано термическим расширением, а не конвекцией, как для относительно толстых слоев жидкости. Кроме того, как и в эксперименте, на краю нагревателя наблюдается волна.