Abstract
we present a nonlinear mathematical model describing the evolution of disturbances on a liquid film surface. The model is formulated as a nonlinear parabolic equation for the envelope amplitude of a narrow wave packet. The equation coefficients are expressed in terms of wave characteristics, including growth rate, frequency, and their first- and second-order derivatives.
Using calculations in the liquid film instability region, we identified inflection points of the growth rate and the wave numbers corresponding to the maximum growth rate for moderate Reynolds numbers. We show that the nonlinear evolution of disturbances changes abruptly at the wave numbers where the growth rate is maximal, while the equation coefficients remain nonzero and vary only slightly. We also demonstrate that the phase velocity reaches a minimum at the point of maximum growth rate. Wave packet amplitudes perturbed near the neutral stability point experience damping.
References
Капица П. Л. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости. ЖЭТФ. 1948;18(1):3–28.
Капица П. Л. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости. ЖЭТФ. 1949;19(2):105–120.
Stainhorp F. P., Allen J. M. The Development of Ripples on the Surface of a Liquid Film Flowing Inside a Vertical Tube. Transactions of the Institute of Chemical Engineers. 1965;43:85–91.
Jones L. O., Whitaker S. An Experimental Study of Falling Liquid Films. American Institute of Chemical Engineers Journal. 1966;12(3):525–529.
Алексеенко С. В., Накоряков В. Е., Покусаев Б. Г. Волновое течение пленок жидкости. Новосибирск: Наука; 1992. 255 с.
Демехин Е. А., Каплан М. А., Шкадов В. Я. О математических моделях теории тонких слоев вязкой жидкости. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1987;6:73–81.
Холпанов Л. П., Шкадов В. Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. Москва: Наука; 1990. 271 с.
Сергеев А. Д., Холпанов Л. П., Николаев Н. А. и др. Измерение волновых параметров пленочного течения жидкости методом локальной электропроводности. ИФЖ. 1975;29(5):843–846.
Прокудина Л. А., Вяткин Г. П. Самоорганизация возмущений в жидких пленках. ДАН. 2011;439(4):481–484.
Prokudina L. A. Mathematical Modeling of Wave Parameters of the Flow of a Thin Layer of Viscous Liquid in Film Apparatuses. AIP Conference Proceedings. 2020;2312:050019. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0035536.

