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。     

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。     

倾角对方腔内热对流非线性演化与分岔的影响

倾斜封闭腔内对流换热问题是非线性非平衡系统中研究的热点问题之一.本文采用高精度数值方法对倾斜方腔内流体热对流进行了直接数值模拟,研究了腔体倾角在0°—180°之间变化时,倾角的不同变化过程对流场非线性演化、传热效率以及流动分岔的影响.所考虑的Rayleigh数范围为10³—10⁶.结果表明:表征传热效率的Nusselt数对Rayleigh数、Prandtl数及倾斜角度均具有较强依赖性,在较高Rayleigh数时, Nusselt数会在80°和100°附近产生较大幅度的变化;高Rayleigh数下流场及温度场的演变更为复杂,腔体内存在1—3个对流强度不等的涡卷;低Rayleigh数下腔体倾角接近90°时流动状态为热传导状态.当腔体倾角介于70°—110°之间时,在Rayleigh数Ra∈(4949, 314721)内存在解的两条稳定分支.     

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。     

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。     

Pr数对环形浅液池热毛细对流的影响

为了解流体普朗特数(Pr)对热毛细对流的影响,通过线性稳定性分析,确定了环形浅液池内硅熔体(Pr＝0.011)和几种硅油(Pr数从6.7至57.9)热毛细对流失稳的临界条件,获得了它们在临界条件下的热流体波,特别是高Pr数硅油的热流体波.结果发现:当Pr≤15.9时,临界Ma数随Pr数的增加迅速上升,此时环形池内只有一...     

分离结晶过程中熔体热毛细对流的转变

为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了数值模拟,熔体深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B分别取0.05、0.075和0.1.当熔体上表面为自由表面时,得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的流函数和温度分布.计算结果表明:当Ma数较小时,在上下两个自由表面的表面张力的驱动下,熔体内部产生了两个流动方向相反的流胞,流动为稳态流动,随着Ma数的增加,上下自由表面速度增大,温度分布的非线性增加;当Ma数超过某一临界值后,流动将转化为非稳态流动;与熔体上表面为固壁时相比,A=1时的临界Ma数减小,而A=2时的临界Ma数增大;流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后.     

环形浅液池内热毛细对流的渐近解

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征,采用渐近线方法求得了环形浅液池内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,并与数值模拟结果进行了比较,两者基本吻合.     

大尺度环形液池内双层热毛细对流不稳定性

假设双层流体的交界面不发生变形,热毛细力作用于此交界面,三维数值研究了大尺度环形液池中双层流体系统在内外壁面温差加热下的热毛细对流不稳定性,其中外壁面维持高温,内壁面维持低温。计算结果显示,上下层流体的流动特性受Marangoni效应和浮力效应的影响;热毛细对流的振荡产生于内壁面附近,并沿着温度梯度的方向传播;随着温差的增大,热毛细对流的振荡逐渐增强,温度振荡波数增大。     

非线性漂移波在行波扰动下的绕数分岔与超级结构

在文献[1]中,数字计算揭示出在时空周期场驱动下,有阻尼的非线性漂移波方程其分岔图显示出某种标度的超级结构。本文指出,漂移波方程的扰动解与未扰系统的解之间的共振和因此而引起的绕数分岔,是出现这种超级结构的原因。由此计算的波数与频率之间的标度关系,与数字实验结果符合。 关键词：     

环形浅液层内热流体波的可视化实验研究

对外壁加热、内壁冷却、厚度为1.0 mm的环形硅油浅液层内的热毛细对流及其稳定性进行了可视化实验研究,观察到了旋转的螺纹状的热流体波,确定了发生热流体波的临界温差值△Tc=4.8 K,证实了热流体波从两组逐渐演变为一组的发展过程,验证了已有的数值模拟结果.     

方腔内竖直板自然对流分岔现象的数值研究

采用非稳态数学模型通过数值模拟研究了具有对称结构的封闭方腔内竖直板自然对流换热中的非线性现象。数值结果表明,Ra在4×104-7×104之间,会出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解,即解存在分岔;初始条件与解的分岔相关;网格Pe数的考核表明,本文所考虑的解的振荡不是由于数值解的不稳定而引起的振荡,而是客观存在的物理振荡。     

低Prandtl数水平流体层自然对流的振荡和分歧

本文用具有QUICK方案的有限差分法对底部加热的低Prandtl数水平流体层自然对流换热进行了数值计算,研究了这种问题中存在的振荡和分歧问题。结果显示,在Ra的一定取值区间,有4涡型流场和5涡型流场两个解的分支。但在这个区间以外,最终的结果没有出现分歧。在所发现的两个解的分支中,问题由稳态转变为非稳态的临界Racr是不同的。     

水平空气层自然对流换热的分岔和振荡

本文用SIMPLE算法对底部加热的水平空气层的自然对流换热进行了数值计算,研究了这种空气层的流动与换热数值解的振荡和分岔问题。结果表明,对流与换热存在分岔情况。分岔存在一个临界Ra。分岔的临界值与Pr相关,随着Pr的增大,其相应的临界Ra也增大。但当Ra取到5×10~6,这种空气层的对流和换热没有发生振荡。     

底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热的分岔

本文用具有QUICK方案的SIMPLE算法对底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热进行了数值计算,研究了这种流动与换热问题数值解的分岔问题。计算发现,在2200相似文献   

方形空间内混合对流换热的数值研究

以建筑物内人工环境控制为应用背景,对有对称空气射流的方形空间内混合对流换热进行了数值模拟,探讨了这种具有对称结构的混合对流换热解的分岔问题。数值结果表明,Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、强制通风气流的射流角度、以及方形空间的宽高比都会影响解的分岔。当Ｒｅ数超过某一临界值时,会出现非对称数值解。宽高比减小,出现非对称解的临界Ｒｅ数也随之减小。Ｒｅ数、宽高比一定,仅当通风气流的射流角度在某个范围内时,能够得到非对称的数值解。     

热对流环中混沌的控制技术

本文应用谱展开法将描述一维热对流环中流体层流自然对流循环的质量、动量和能量守恒方程化为一组无穷维的常微分方程组;其一阶模态为自封闭的Lorenz方程。应用线性与非线性反馈控制,通过数值模拟发现混饨的线性和非线性反馈控制技术可以明显改变热对流环中流体的运动特征,达到我们所希望的流型,即增强混沌或抑制混沌。