槽内热磁耦合流动换热数值模拟

数值模拟研究了矩形槽内导电流体由于焦耳热作用和电磁力共同作用引起的流动换热现象.数值结果表明,在给定流体性质情况下,焦耳热作用引起对流为两涡,电磁力作用时获得四涡流动,随Ha数的增加,电磁力驱动对流作用增大,热、磁共同作用时,流场温度场与Ha2Pr/Ra大小有关,从而影响到对流换热的强弱,在临界Ha2Pr/Ra以下,焦耳热引起的对流为主,Ha数增加,减弱换热;在临界日Ha2Pr/Ra以上,电磁力驱动的对流为主,Ha数增加,换热强化.     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

水平热板上液态金属自然对流的数值模拟

液态金属拥有很好的导热性,作为冷却介质具有广泛的应用前景,但其分子普朗特数远小于常规流体,导致换热特性与常规流体存在差异。本文对Ra=10~4~10~7范围内热面向上水平平板上液态铅铋合金的自然对流换热进行了数值模拟研究,对比了不同瑞利数下温度场的差异,并给出了 Ra=10~4~10~7范围内平均努塞尔数的计算公式。     

基于总能形式的耦合的双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法

双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法在微尺度热流动系统中得到广泛的应用. 本文基于晶格玻尔兹曼平衡分布函数低阶Hermite展开式, 创新性地提出了包含黏性热耗散和压缩功的耦合的双分布函数热晶格玻尔兹曼数值方法, 将能量场内温度的变化以动量源的形式引入晶格波尔兹曼动量演化方程, 实现了能量场与动量场之间的耦合. 研究了考虑黏性热耗散和压缩功的和不考虑的两种热自然对流模型, 重点分析了不同瑞利数和普朗特数下流场内的流动情况以及温度、速度和平均努赛尔数的变化趋势. 本文实验结果与文献结果一致, 验证了本文数值方法的可行性和准确性. 研究结果表明: 随着瑞利数和普朗特数的增大, 方腔内对流传热作用逐渐增强, 边界处形成明显的边界层; 考虑黏性热耗散和压缩功的模型对流作用相对增强, 黏性热耗散和压缩功对自然对流的影响在微尺度流动过程中不能忽略.     

水平温差对环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响

双向温差驱动下的Marangoni-热毛细对流在许多工程技术领域具有重要作用, 但是, 已有的大部分研究集中于单向温差作用下的流动. 因此, 采用数值模拟的方法研究了水平温差对双向温差驱动下的环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响. 在一个给定的顶部换热条件下, 确定了不同水平温差作用下流动由轴对称稳态流动向三维非稳态流动转变的临界底部热流密度. 结果表明, 水平温差使得Marangoni-热毛细对流不稳定; 随着水平温差的持续增强, 稳态流动转变为一种规律的振荡流动, 最终变得混乱; 发现两种新的状态演化过程; 确定了水平温差和垂直温差在共同驱动流体运动时各自发挥的作用; 随着水平温差的增强, 最初出现在中间区域的最高表面温度不断向热壁移动, 在此过程中, 内壁附近的流动增强, 而外壁附近的流动减弱.     

微细管内超临界二氧化碳冷却换热研究

本文对超临界二氧化碳在微细管内冷却对流换热进行数值模拟研究,分析不同流动方向和管径大小对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、管壁温度以及无量纲温度分布的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在LPV范围比较大的截面,超临界二氧化碳局部换热系数达到最大值,同时管内传热受流动方向和管径的影响均较大。     

封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究

自然对流是由非保守体积力驱动的流体流动,这种体积力可以是重力、离心力以及电磁场力等;通过外加梯度磁场来影响流体的流动,产生强化换热效果的方法是一种新型的强化技术．本文利用永磁体产生0．3 g左右的加速度,采用马赫干涉仪对封闭方腔内空气的热磁对流的强化换热现象进行了实验研究,得到了温度场的干涉图像,并与理论模拟结果进行了比较,发现磁场对空气的自然对流换热有一定的强化作用．     

狭窄通道湍流纵向涡强化换热实验和数值研究

本文采用实验的方法,研究了单面加热矩形狭窄通道内,翼片型纵向涡发生器对流动换热的强化作用.在此基础上,应用大涡模拟的方法对通道内的瞬态流场及其对壁面对流换热的影响进行了研究,并将数值模拟与实验进行了比较.结果表明,通过添加翼片可以在流动中产生涡流,强化壁面边界层与流体的物质和能量交换,并验证了将大涡模拟应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.     

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

基于LBM的部分热活跃边界下多孔腔体内自然对流换热

采用Boltzmann方法模拟部分热活跃边界下的多孔腔体内自然对流,探讨不同热边界布置方案、孔隙度、Da数及Ra数对其流动传热的影响.数值计算表明：Da=10^-4时,腔体内中央出现一个循环流模式,只在Ra数很大时孔隙度才对传热有影响; Da=10^-2时,腔体内出现两个循环流,在Ra数很小时孔隙度对传热产生强烈的的影响.热活跃边界位置影响腔体内流体对流传热的强度,加热边界布置在底部、而冷却边界布置在顶部（Bottom-Top布置方式）,对多孔腔体内对流传热最有利,优于全热边界布置方式的传热效果.     

离心力场流体热驱动液晶显现试验研究

在强离心力场下构造出封闭微小循环通道,可以通过封闭通道特征尺寸的微小化来强化换热,同时利用流体的高热驱动力来克服尺寸微小化带来的阻力增加,不需要任何辅助动力装置,因此结构简单、强化换热效果佳。本文利用热色液晶技术,首次通过温度场显现试验,研究了离心力场下封闭微小通道内氟利昂R12的热驱动运动。结果表明同传统的热电偶测温相比,热色液晶技术作为一种新的测量方法,可以更准确地表示出整个温度场的分布规律。     

Directed flow in nonadiabatic stochastic pumps

We analyze the operation of a molecular machine driven by the nonadiabatic variation of external parameters. We derive a formula for the integrated flow from one configuration to another, obtain a "no-pumping theorem" for cyclic processes with thermally activated transitions, and show that in the adiabatic limit the pumped current is given by a geometric expression.     

重力场下单循环与双循环小通道热驱动比较研究

本文以实验的方法,对重力场下单循环与双循环小通道热驱动进行了比较研究。两者都是一端加热,一端冷却,利用彻体力场下流体的热驱动来实现换热。实验结果表明,在热流密度相同的情况下,双循环小通道比单循环具有更好的换热效果。因此,将微小循环通道换热运用于涡轮叶片的冷却时可以考虑采用双循环甚至多循环通道。     

热可压缩流体的流动和传热

本文把由温度引起密度变化的运动流体称为热可压流，并由无因次加热数来度量其压缩程度。它有别于气体动力学中以马赫数度量压缩性的由速度（因而压力）变化导致密度变化的可压缩流。列举和讨论了热可压流流动和传热的一些特征现象，它可望用于发展一些新的热控制技术。     

Thermally stimulated flow of low-melting glasses during planarization of the surface profiles of microelectronic structures

The problem of characterizing the flow of phosphorosilicate and borophosphorosilicate glasses during thermally stimulated planarization of the surface profile of microelectronic structures is solved in a model based on Newtonian viscous flow driven by surface tension forces. Expressions are obtained for the melting angle as a function of the temperature-time regimes of the heat treatment and the physical parameters of the glasses. Zh. Tekh. Fiz. 68, 135–137 (November 1998)     

Creep and flow regimes of magnetic domain-wall motion in ultrathin Pt/Co/Pt films with perpendicular anisotropy

We report on magnetic domain-wall velocity measurements in ultrathin Pt/Co(0.5-0.8 nm)/Pt films with perpendicular anisotropy over a large range of applied magnetic fields. The complete velocity-field characteristics are obtained, enabling an examination of the transition between thermally activated creep and viscous flow: motion regimes predicted from general theories for driven elastic interfaces in weakly disordered media. The dissipation limited flow regime is found to be consistent with precessional domain-wall motion, analysis of which yields values for the damping parameter, alpha.     

Acoustic scattering from a thermally driven buoyant plume revisited

Far-field weak scattering theory is applied to the case of high-frequency broad-bandwidth acoustic scattering from a thermally generated buoyant plume in a controlled laboratory environment. To first order, the dominant scattering mechanism is thermally driven sound-speed variations that are related to temperature deviations from ambient. As a result, the received complex acoustic scattering is a measure of the one-component three-dimensional Fourier transform of the temperature difference field measured at the Bragg wave number. The Bragg wave number vector is the difference between the scattered and incident wave vectors. Solving for its magnitude yields the Bragg scattering condition; this is the Fourier component of the plume variability that produces scattering. Results are presented for multistatic scattering from unstable and turbulent plumes using a parallel scattering geometry. The data justify application of the far-field weak scattering theory to the present case of a thermal plume. As a consequence, quantitative results on medium variability can be inferred using high-frequency broad-bandwidth acoustic scattering. Particular attention is given to the role of anisotropy of the variability of the scattering field in determining the validity of far-field Bragg scattering.     

Peak effect and dynamic melting of vortex matter in NbSe2 crystals

We present a mode locking (ML) phenomenon of vortex matter observed around the peak effect regime of 2H-NbSe2 pure single crystals. The ML features allow us not only to trace how the shear rigidity of driven vortices persists on approaching the second critical field, but also to demonstrate a dynamic melting transition of driven vortices at a given velocity. We observe the velocity dependent melting signatures in the peak effect regime, which reveal a crossover between the disorder-induced transition at small velocity and the thermally induced transition at large velocity. This uncovers the relationship between the peak effect and the thermal melting.     

Dynamics of a tethered polymer in shear flow

The dynamics of a single polymer tethered to a solid surface in a shear flow was observed using fluorescently labeled DNA chains. Dramatic shear enhanced temporal fluctuations in the chain extension were observed. The rate of these fluctuations initially decreased for increasing shear rate gamma; and increased above a critical gamma;. Simulations revealed that these anomalous dynamics arise from a continual recirculating motion of the chain or cyclic dynamics. These dynamics arise from a coupling of the chain velocity in the flow direction to thermally driven fluctuations of the chain in the shear gradient direction.