微重力环境下Marangoni对流的有限元数值模拟

本文以悬浮区为背景研究液桥中气液交界面上由表面张力所驱动的流体对流。我们采用有限元方法对轴对称、定常运动方程,能量方程,自由面切向、法向应力平衡条件迭代求解,首次考虑了边界形状的影响,得到了自洽的流区位形和流场、温度场、表面压强分布。一般说来,流区自由面呈弯月形。结果表明,只要表面张力数 C_a<1,静态平衡的流区位形就是动态情况的良好近似。本文还分析了C_a数及G_r 数对流区位形的影响,得到了不同 M_a 数及散热条件下的温度场和流函数分布。     

热毛细对流的液桥几何位形及浮力效应

本文讨论重力对不同高度、直径比液桥的热毛细对流的影响。当液桥高度、直径比增大时,液桥中的等流函数线呈双涡结构,这种流动图样并不必然与热毛细振荡流相联系。在地面热毛细对流实验中模拟空间微重力情况,液桥高度需小于1.5mm。在微重力环境中,液桥内的流场和温度分布介于地面相同参数液桥的上部加热和下部加热两种结果之间。因此,可以用地面实验结果估计空间液桥的对流和热输运情况。     

半浮区液桥热毛细对流速度场特征

液桥流场的速度分布是液桥表面张力梯度驱动对流的一个重要研究内容。通过地面模拟微重力环境的液桥实验以及数值计算,研究了外加温差、液桥腰径等对流场速度分布的影响,实验结果与数值计算结果相当符合。结果还表明,当液桥腰径减小时,流场的结构发生了变化,涡心由一个转化成两个。     

THE LINEAR GROWTH OF THE DENSITY WAVE IN GALAXIES

The aim of this article is to study the linear growth of thedensity wave in galaxies by means of numerically resolvingunsteady.two-dimensional hydrodynamic equations coupled withPoisson equation under the condition that the local asympto-tic solution of linear density wave is given as an initial va-lue.The results show that the perturbed peak density of li-near density wave grows to the same order as the basic statedensity during merelg tens of million years.the spiral patternemerging which has barred structure in its inner region.Theangular velocity of the spiral pattern and the growth rate ofperturbed densitg varg graduallg with Changes in spactial placeand time.The approximate property of quasistationarg spiralstructure hypothesis is discussed in this paper.     

半浮区液桥热毛细振荡流

采用非定常、三维直接数值模拟方法研究大Pr数半浮区液桥热毛细对流从定常流向振荡流的过渡过程．文中详细描述了热毛细振荡流的起振和振荡特征,给出了液桥横截面上振荡流的流场和温度分布．在地面引力场条件下计算的结果与地面实验的结果进行比较,得出液桥水平截面上的流场和温度分布图样以一定的速度旋转,自由表面固定点处流体的环向流速正、负交替变化的一致结论．     

半浮区热毛细对流的不稳定性与转捩

近二十年来,微重力流体开展了半浮区液桥热毛细对流的不稳定性与转捩的研究．文中给出了热毛细振荡对流发生的临界参数,分析了液桥几何位形（尺度比,体积比）、物理参数及传热参数对临界Ｍａｘａｎｇｏｎｉ的影响．报导了有关的地面模拟实验,微重力实验以及本问题的线性稳定性分析、能量分析和数值模拟结果,并介绍了定常轴对称热毛细对流通过非定常振荡热毛细对流到湍流的转捩过程和三种热毛细振荡对流的产生机理．     

Rayleigh-Marangoni-Benard instability in two-layer fluid system

Rayleigh-Marangoni-Bénard instability in a system of two-layer fluids is studied numerically. The convective instabilities in the system of Silicon Oil (10cSt) and Fluorinert (FC70) liquids have been analyzed. The critical parameters at onset of convection are presented in a large range of two-layer depth ratios from 0.2 to 5.0. Numerical results show that the instability of the two-layer system depends strongly on its depth ratio. When the depth ratio increases, the instability mode changes from mechanical coupling to thermal coupling. Between these two typical coupling modes, a time-dependent oscillation is detected. Nevertheless, traveling wave states are found in the case of oscillatory instability. The oscillation mode results from the competition between Rayleigh instability and Marangoni effect. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10372105) and the Knowledge Innovation Program of Chinese Academy of Sciences (KJCX2-SW-L05)     

强引力场中活塞运动的球对称解

本文研究在强引力场中活塞的球对称匀速运动问题,对三种不同强度的引力场,用特征线法数值求解流体力学方程组,得出符合激波间断条件及稀疏波边界条件的解。文中详细地描述了活塞的运动图象、激波传播速度、活塞面上声速分布以及活塞扰动区流场,分析讨论了引力场对球对称活塞运动的影响。     

柱坐标中弱引力场的活塞问题

本文讨论弱引力场的恒星大气中的活塞问题。特别在柱坐标系中分析了气体动力学过程,外加重力和坐标曲率两者对流场的影响都进行了详细的讨论。 在弱重力的情形下,逃逸速度与气体速度或声速的比为小量。将此比值取为小参数,所有量可展开为此小参数的级数。在柱坐标中,零阶关系给出膨胀流,其中速度和声速减小;一阶关系给出外加重力的影响,使激波强度减弱,使气体内能消耗。在活塞附近,内能的消耗克服外加重力并加速气流;而在激波附近,内能和动能减少、以克服重力。     

浮区热毛细对流

概述了浮区中平行于自由面的表面张力梯度驱动热毛细对流领域的研究. 研究兴趣集中于振荡热毛细对流的起振, 或者说从定常流动到振荡流动的转捩. 起振依赖于一系列的临界参数, 临界关系可以表示为这些临界参数的复杂函数. 实验结果表明, 振荡流中速度的变化和平均流动的速度有相同的量级, 而其它量的变化, 比如温度和自由面半径的波动, 相比于它们的平均量而言则要小得多. 因此, 起振应是流体中动力学过程的结果, 该问题是强非线性的. 在过去几十年中, 一些理论模型被引入来研究这个问题, 使用的方法包括理论分析方法、 线性不稳定性分析方法、 能量稳定性分析方法以及非定常的三维直接数值模拟. 其中直接数值模拟被认为是对强非线性过程进行深入分析的最适合方法, 通常能得到和实验较符合的结果. 从振荡热毛细对流向湍流的转捩提供了一个研究混沌行为的新系统, 开创了一个非线性科学的新前沿, 是一个集中了大量近期工作的研究热点. 该文对浮区热毛细对流作了一个回顾, 包括理论模型和分析, 以及实验研究.