Thermocapillary convection in cylindrical liquid bridges and annuli

Thermocapillary convection in liquid bridges and open cylindrical annuli is investigated in two- and three-dimensional numerical studies. The nondeformable free surfaces are either flat or curved as determined by the fluid volume, V, and the Young–Laplace equation. Dynamic free-surface deformations are discussed only in the axisymmetric models. Convection is steady and axisymmetric at sufficiently low values of the Reynolds number, Re, with either nondeformable or deformable surfaces. For the parameter ranges considered, it is found that only steady convection is possible at any Re in strictly axisymmetric computations. Transition to oscillatory three-dimensional motions occurs as Re increases beyond a critical value dependent on the aspect ratio, the Prandtl number, Pr, and V. Good agreement with available experiments is achieved in all cases. To cite this article: B.-C. Sim, A. Zebib, C. R. Mecanique 332 (2004). La convection thermocapillaire dans des ponts liquides et les domaines cylindriques annulaires ouverts est étudiée dans des configurations bi et tri-dimensionnelles. En modèle 3D, les surfaces libres indéformables sont soit planes, soit courbées, suivant l'effet du volume de fluide, V et l'équation de Young–Laplace. Les déformations dynamiques de surface libre sont discutées pour le modèle axisymétrique. La convection est stationnaire et symétrique à de faibles valeurs de Re avec une surface déformable ou non. Pour la gamme des paramètres considérée, les résultats n'ont pas révélé d'état oscillatoire axisymétrique dans le pont liquide tant avec des surfaces libres déformables ou indéformables. La transition au régime tridimensionnel oscillant se produit en augmentant Re, au delà d'une valeur critique élevée dépendante du rapport de forme, du nombre de Prandtl, Pr et de V. Un bon accord avec les valeurs expérimentales disponibles est bien démontré dans chacun des cas étudiés. Pour citer cet article : B.-C. Sim, A. Zebib, C. R. Mecanique 332 (2004).