重力水平对热毛细-浮力对流耗散结构的影响

为了了解重力水平对环形液池内热毛细-浮力对流耗散结构的影响,利用有限容积法进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,内壁被冷却,流体为0．65cSt硅油,其Pr数为6．7。结果表明,在微重力条件下,流动为三维振荡流动;当重力水平增加到0．1go时,流动结构转化为沿周向运动的一组滚胞,其轴线与温度梯度方向一致;当重力...     

环形浅液池内热毛细对流的热力学特性

为了了解径向温度梯度作用下环形浅液池内硅熔体热毛细对流的热力学特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟。液池外半径r0=50 mm,内半径ri=15 mm,深度为d=3 mm。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳定轴对称流动,系统总熵产较小;随着温度梯度的增加,流动将失去其稳定性,首先转化为径向脉动波,此时系统总熵产呈周期性变化;温度梯度再增加时,流动转化为热流体波,系统总熵产较大,但不再随时间变化。     

环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细对流

为了了解微重力下水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细对流特性,利用有限差分法进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,内壁被冷却,流体为 0.65 cSt的硅油,其Pr 数为 6.7。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,转化成各种振荡流动,模拟结果与实验结果基本吻合。     

环形池内双层流体热毛细对流不稳定现象实验研究

为了了解水平温度梯度作用下双层流体内热毛细对流的特征,实验观察了环形池内由1cSt硅油和氟化液FC-40组成的双层流体内热毛细对流失稳后的不稳定现象。实验表明,随着上层或下层流体厚度的增加,流动稳定性减弱。当上层厚度为1.5 mm时,内外环间温差超过临界温差后在外环区域产生三维稳态的直条纹、并在内环区域产生热流体波,波纹产生于上层流体。当上层流体厚度为2mm时,液层内三维稳态直条纹占主导。环形池旋转使稳态条纹变为弯曲波纹,并且液层内只有一组传播方向与环形池的旋转方向相反的热流体波。     

Cz结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性

为了了解水平温度梯度作用时Czochralski结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,坩埚外壁被加热,液池深度为3 mm.模拟结果表明,当逐渐增加温差时,会发生两次流型转变,第一次由二维轴对称流动转变为三维稳态流动,第二次由三维稳态流动转变为热流体波,其可能沿顺时针方向旋转、也可能沿逆时针方向旋转,同时,第二次转变存在分岔现象.     

邱克拉斯基结构液池内旋转驱动流动及转变

为了了解旋转对邱克拉斯基(Czochralski)晶体生长结构液池内熔体流动的影响,利用有限差分法进行了三维非稳态数值模拟,坩埚外半径为50 mm,晶体半径为15 mm,液池深度为50 mm。结果表明,当旋转速度较低时,流动为稳态轴对称流动,随着转速的提高,流动会转化为三维非稳态振荡流动;晶体与坩埚同向旋转时,流动转化的临界转速较高,反向旋转时,临界转速较低;晶体单独旋转时,速度波周向速度远小于晶体旋转速度,坩埚单独旋转时,速度波周向速度与坩埚旋转速度保持一致;坩埚转速越快,速度波动幅度和波数越小。     

硅熔体CZ结构浅池内热毛细对流转变滞后特性

为了了解水平温度梯度作用时Czochralski(CZ)结构浅池内硅熔体热毛细对流的转变滞后特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,坩埚外壁被加热,半径为50mm,晶体半径为15mm,液池深度为3mm,坩埚外壁与晶体生长界面温差变化范围为6-27K。模拟结果表明,当逐渐增加温差时,在△T=9K处,二维轴对称流动转变为三维稳态流动,在△T=20.6K处,三维稳态流动转变为三维振荡流动;当逐渐减小温差时,在△T=19.5K处,三维振荡流动才转变为三维稳态流动,因此,二次流动转变存在滞后,滞后温差约为1.1K。     

旋转环形浅液池内双组分溶液耦合热-溶质毛细对流渐近解

为了了解水平温度梯度作用下旋转环形浅液池内耦合热-溶质毛细对流基本特征, 采用匹配渐近展开法对旋转环形浅液池内耦合热-溶质毛细对流过程进行了求解, 获得了中心区域的速度、温度和浓度分布,分析了旋转、Soret效应、浮力、溶质扩散 系数和液池的几何尺寸对流动结构的影响.将所得到的渐近解和文献中的已有结果进行对比,证明了所求结果的正确性;在浅液池内,耦合热-溶质毛细力对流体流动起主导作用, 旋转和浮力对流动的影响较小,溶质扩散系数和几何尺寸有较明显影响;当各种耦合的 驱动力作用方向相同时,流动增强;否则, 流动减弱. 关键词： 旋转 环形浅液池 耦合热-溶质毛细对流 渐近解     

环形浅液池内浮力-热毛细对流的渐近解

为了了解水平温度梯度作用下环形浅液池内浮力-热毛细对流的基本特性,采用渐近线方法获得了环形浅液池内浮力-热毛细对流的近似解析解,得到了主流区速度场和温度场的表达式,通过与数值模拟结果的比较表明,所得结果是合理的。     

表面散热对双组分溶液热-溶质毛细对流的影响

为了了解表面散热对耦合热-溶质毛细对流的影响,对环形浅液池内考虑Soret效应的双组分溶液耦合热-溶质毛细对流进行了三维数值模拟。环形液池深宽比和半径比分别为0.1和0.5,工质为质量分数等于26.27%的甲苯/正己烷混合溶液。结果表明,当流动为二维稳态时,在Soret效应作用下,溶质会向内侧壁转移,浓度梯度和温度梯度方向相反。随着Biot数增加,流动失稳的临界热毛细雷诺数和临界振荡频率均减小,但波数增加。流动失稳后,在自由表面会出现与温度波动类似的浓度波动;随着热毛细雷诺数增加,不论自由表面是否绝热,流动均会过渡到混沌状态。     

液封液桥内振荡热毛细对流的三维数值模拟

为了了解微重力下液封液桥内热毛细对流的基本特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,液桥高为(1-3)mm,直径为2mm和3 mm,液封外直径为(4-7)mm。模拟结果表明,当Marangoni数较小时,液封液桥内的热毛细对流为稳定的轴对称运动,当Marangoni数超过某一临界值后,流动将转化为三维振荡流动;为此,确定了发生振荡的临界Marangoni数,分析了各种条件下热毛细对流的振荡特性,计算了相应的振荡频率。     

Experimental Study on Liquid Free Surface in Buoyant-Thermocapillary Convection

We investigate the surface deformations of buoyant-thermocapillary convection in a rectangular cavity due to gravity and temperature gradient between the two sidewalls. The cavity is 52mm×42 mm in horizontal cross section, the thickness of liquid layer h is changed from 2.5 mm to 6.5 mm. Surface deformations of h = 3.5 mm and 6.0mm are discussed and compared. Temperature difference is increased gradually, and the flow in the liquid layer will change from stable convection to unstable convection. Two kinds of optical diagnostic system with image processor are developed for study of the kinetics of buoyant-thermocapillary convection, they give out the information of liquid free surface. The quantitative results are calculated by Fourier transform and correlation analysis, respectively. With the increasing temperature gradient, surface deformations calculated are more declining. It is interesting phenomenon that the inclining directions of the convections in thin and thick liquid layers are different. For a thin layer, the convection is mainly controlled by thermocapillary effect. However, for a thick layer, the convection is mainly controlled by buoyancy effect. The surface deformation theoretically analysed is consistent with our experimental results. The present experiment proves that surface deformation is related to temperature gradient and thickness of the liquid layer. In other words, surface deformation lies on capillary convection and buoyancy convection.     

Three-dimensional mixed convection flow with variable thermal conductivity and frictional heating

In this article,three-dimensional mixed convection flow over an exponentially stretching sheet is investigated.Energy equation is modelled in the presence of viscous dissipation and variable thermal conductivity.Temperature of the sheet is varying exponentially and is chosen in a form that facilitates the similarity transformations to obtain self-similar equations.Resulting nonlinear ordinary differential equations are solved numerically employing the Runge-Kutta shooting method.In order to check the accuracy of the method,these equations are also solved using bvp4c built-in routine in Matlab.Both solutions are in excellent agreement.The effects of physical parameters on the dimensionless velocity field and temperature are demonstrated through various graphs.The novelty of this analysis is the self-similar solution of the threedimensional boundary layer flow in the presence of mixed convection,viscous dissipation and variable thermal conductivity.     

镍基合金激光熔覆数值模拟及凝固参数预测

本文采用有限体积法对激光熔覆过程的温度场分布和熔体流动进行了数值模拟.基于CALPHAD相图法计算了基体和粉末的热物理性质,采用三维热源精确预测了凝固过程和温度分布,研究了Marangoni对流对熔池尺寸的影响.在熔池凝固过程中模拟所得出的温度梯度和凝固速度,预测了熔覆层凝固组织的演变趋势,相应的显微组织与实验结果吻合...     

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.     

数值分析环形池硅熔体旋转-热毛细对流及其稳定性

数值模拟了内半径20 mm、外半径40 mm、深5 mm环形池内硅熔体在旋转和热毛细力共同驱动下的热对流,通过线性稳定性分析确定了旋转-热毛细对流失稳的临界Marangoni数等临界条件。研究结果表明,液池低速旋转会降低轴对称热毛细对流的稳定性,而较高速度的旋转能增强热毛细对流的稳定性。临界条件下旋转-热毛细对流耗散结构波纹的传播方向与液池的旋转方向相同,临界周向波数随旋转速度的增加而增加。在较大的旋转速度下,液池底部出现涡胞,底部涡胞对热毛细对流的稳定性具有削弱作用。