封闭和半封闭通风空间的环境流体问题

半封闭与全封闭空间的环境流体力学包括系统内的空气流动、温度和湿度分布以及污染物的凝积等问题, 其中涉及控制空间的空气质量、通风设计以及预防水汽凝结等多个方面的研究. 本文着重介绍国内外近年来相关的工作,研究如何从理论分析、实验研究以及数值模拟等方面入手, 解决通风问题,以达到获得高通风效率、低能耗和提高空气舒适度的目的.研究的对象包括房间, 建筑物, 城市等半封闭空间, 以及汽车、 地铁、飞机、潜艇、载人航天飞行器等不同程度的全封闭空间.现有的理论研究已经从解释单点源纯浮力对流的基础模型发展到能够描述具有体积流量和动量流量的扩散流的湍流喷泉模型.然而, 理论研究上的进步还不足以使它能够处理实际问题中多样的通风情况和复杂的空间结构,工程应用中还需更多依靠实验研究和数值模拟的结论. 对载人航天飞行器中的环境流体问题的研究虽然刚刚起步,但其研究手段和经验可以从相对成熟的半封闭与全封闭空间的相关研究中获得借鉴.      

不变形双滴的热毛细迁移及相互作用

对微重力下不变形双滴的非定常热毛细迁移运动进行了数值模拟,采用了有限差分方法对动量方程和能量方程进行离散,使用波前追踪法捕捉运动的不变形液滴界面．研究显示双滴的排列方式对它们的迁移规律和相互作用影响很大,其中影响任一个液滴运动的最主要的因素是另一个液滴的存在所引起的温度场的扰动．     

二维无界自由衰减流的数值研究

无界区域上的流体运动是流体力学中的热点和难点问题.采用传统的扩大计算区域算法和新发展的基于无界区域的Hermite基函数算法对二维无界区域的自由衰减流动进行研究. 结果发现,对于只存在相同符号涡的初始流场而言,两种方法都可以得出正确的结果;而对于正负涡都存在的初始流场,传统方法即便利用非常大的计算区域也无法进行正确的长时间模拟,但是新方法却能高效求解.对算例的Hermite算法数值模拟验证了理论解Oseen涡的存在.     

液滴热毛细迁移问题的研究进展

液滴或气泡的迁移现象无论是在流体力学的基础研究中,还是在材料加工,化学工程等实际应用中都是一个很重要的课题。在微重力环境中,如果在液滴或气泡所在的母液中外加一个温度场,则液滴或气泡就会由于表面张力分布的不均匀而发生迁移运动。这种运动被称为Marangoni迁移或热毛细迁移运动。本文综述了液滴或气泡的热毛细迁移问题历史研究中理论分析,数值模拟以及实验方面的主要结果,阐述了该问题的研究发展过程。目前液滴迁移问题的研究状况,理论分析解还只限于线性及弱非线性的定常问题,数值模拟工作已经得到了在热对流作用比较小的时候液滴的非定常迁移过程,但是对于热对流影响很大的情况(Marangoni数大于100)则尚未得到过与实验中观测到的相一致的理论结果。本文在总结前人研究的基础上,同时给出了在对于热对流作用较大时液滴热毛细迁移非定常问题的最新的数值模拟的结果,并对该问题在此情况下产生的新的变化也给予了分析。最后,文中分析了当前研究中所存在的问题并进一步展望了液滴热毛细迁移问题在未来的发展方向。      

Thermocapillary migration and interaction of two nondeformable drops

A numerical study on the interaction of two spherical drops in the thermocapillary migration is presented in the microgravity environment. Finite-difference methods are adopted. The interfaces of the drops are captured by the front-tracking technique. It is found that the arrangement of the drops directly influences their migration and interaction, and the motion of one drop is mainly determined by the disturbed temperature field because of the existence of the other drop.