Thermocapillary steady and periodic flows in a horizontal layer much thicker than the boundary layer at the free surface

This paper presents the results of an experimental investigation of thermocapillary and thermogravitational flows in a horizontal layer much thicker than the hydrodynamic boundary layer at the free surface. There is a linear heat source beneath the free surface and a heat sink at the opposite vertical face. At a constant heat flux, boundary layers develop at the free horizontal and the cooling vertical surfaces. Velocity and temperature profiles measured in the boundary layers are presented. Analytical solutions are obtained for the boundary layer at the cooling surface and beyond the boundary layers. The patterns of periodic thermocapillary flows for periods shorter than 24 s are studied : the actual and mean temperatures, the actual and mean values of the friction coefficient at the free surface, the variance of temperature fluctuations, space-time correlation functions, and the boundaries of the propagation of periodic flows. On présente les résultats d'une étude expérimentale sur les écoulements thermocapillaires et thermogravitationnels dans une couche horizontale beaucoup plus épaisse que la couche limite hydrodynamique à la surface libre. Il y a une source de chaleur linéique sous la surface libre et un puits thermique sur les faces verticales opposées. Pour un flux thermique constant, des couches limites se développent sur la surface libre horizontale et sur les faces verticales froides. On présente des profils de vitesse et de température mesurés dans les couches limites. Des solutions analytiques sont obtenues. Les configurations des écoulements périodiques thermocapillaires étudiées pour des périodes inférieures à 24 s concernent ; les températures instantanées et moyennes, les valeurs moyennes et instantanées du coefficient de frottement à la surface libre, la variance des fluctuations de température, les fonctions de corrélation espace-temps et les limites de la propagation des écoulements périodiques. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse einer experimentellen Untersuchung von thermokapillaren und auftriebsbedingten Strömungen in einer horizontalen Fluidschicht vorgestellt, deren Dicke sehr viel gröβer als die der hydrodynamischen Grenzschicht an der freien Oberfläche ist. Unterhalb der freien Oberfläche befindet sich eine lineare Wärmequelle, an der gegenüberliegenden senkrechten Wand eine Wärmesenke. Bei konstanter Wärmestromdichte bilden sich Grenzschichten entlang der horizontalen freien Oberfläche und der senkrechten Kühlfläche aus. Die