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。     

热毛细对流温度场全息干涉检测研究

本文采用Ｈｅｌｅ－Ｓｈａｗ盒体,在地面上模拟二维热毛细对流,应用全息干涉技术对热毛细对流温度场进行了测试研究,为了获得感兴趣的热毛细对流温度增量分布,文中提出了将背景温度分布条纹与热毛细对流温度增量分布条纹相分离的方法。     

热毛细对流温度场ESPI检测研究

在地面上用二维液体盒研究了热壁下气泡周围液体中的热毛细对流现象,并应用电子散斑干涉技术（ESP）对热毛细对流温度场进行了实时检测研究,给出了部分典型的实验结果。     

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.     

热毛细对流表面波空间实验研究

介绍了实践十号返回式科学实验卫星19项科学项目载荷之一:热毛细对流箱表面波空间实验研究,包括项目研究目标、意义、研究内容、空间实验模型及地面匹配实验结果等.阐述了本项目开展空间实验研究的必要性,用科学的地面实验研究数据预测和对比微重力条件下可能获得的研究结果,展望本项目可能取得的成果.     

矩形液池内热毛细对流的流动不稳定性

热毛细对流及其不稳定性是微重力流体科学研究的重要内容. 对该问题的研究不仅有利于人们对微重力环境下流体行为、对流不稳定性和湍流转捩过程等基础物理现象的进一步认识,而且也将促进晶体生长、薄膜制备等空间和地面高新技术的发展. 实验研究了矩形液池中浅液层在水平温度梯度作用下产生的热毛细对流及其稳定性. 实验中,成功地利用PIV (particle image velocimetry) 技术对1mm2/s 硅油液层内的浮力热毛细对流流场结构进行了大量观测. 结果表明,液层中的流场结构经历了多种状态的转变,该过程会受到液层厚度的影响. 当液层厚度较小时,比如当d=2:8mm 时,随着液池两端温差的增大,液层中的流场结构会经历单胞对流到双胞对流再到多胞对流的转变,到达多胞对流状态之后,继续增大温差,对流涡胞的数量会有所减少,而当温差进一步增大到一定程度以后,整个液层转变为三维非定常流动;当液层厚度较大时,比如当d=4:5mm 时,随着温差的增大,流动模式的转变主要体现在水平截面流场截面上面,当温差增大到一定程度以后,在靠近高温端的附近区域会出现具有明显三维效应的"梭形结构",该梭形结构的尺寸随着温差的增大而增长,并在温差超过某个临界值时失去对称性,整个液层转变为三维非定常流动.     

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．     

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．      

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。     

液桥中不同Prandtl数流体的热毛细对流

本文研究从上面加热的液桥中不同 pr 数流体的热表面张力驱动对流。在 Ma 数相同的条件下,不同 pr 数流体液桥中的温度分布和流场结构定性相似,但定量结果不同。小pr数(pr<<1)流体液桥中的粘性边界层远小于热边界层,最大流函数所在位置向冷端偏移,有较大的流动速度。结果表明,Ma 数是描述这种流动的敏感参数。     

气液两相流中气泡运动速度场的PIV分析与研究

粒子图像测速技术（PIV）作为一种无扰、瞬态、全场速度测量方法，已被广泛应用于液体或气体的单相流流速场测定。对于两相流PIV技术，目前还处于起步阶段，本文应用PIV技术的基本原理，对静止液体中的气泡运动速度进行了分析，并对有关气液两相流测量问题进行了探讨。     

基于PIV测量的超声波流量计内流场特性研究

采用PIV(Particle Image Velocimetry)测量手段,考察了小口径超声波流量计的流动特性。首先针对前端安装直管段时,不同流量条件下的流场特性建立基本认识,实验结果表明,在低流量条件下,流量计内流场存在明显的不稳定演变和非定常流动特征。进一步以上游前端安装球阀为典型案例,考察了安装条件对超声波流量计响应特性和测量偏差的影响。结合直管段的实验观测结果,发现此种结构超声波流量计的适应性与其流场非定常性的关系具有很好的一致性,即流场结构稳定则适应性强。此外,综合多参数的实验结果表明,雷诺数是判断小口径超声波流量计测量准确性的重要无量纲参数。     

非定常空化流场结构的实验研究

为深入研究非定常空化流场结构,本文用实验方法研究了绕Clark-Y型水翼的非定常空化流动现象.实验在空化水洞中进行,采用高速摄像技术观测了云状空化阶段的非定常空穴形态,并应用粒子成像测速系统(PIV)对绕水翼空化流场的速度场和涡量场等流动特性进行了同步的实验分析.研究表明:空化现象对流场结构有着重要的影响,在无空化和空...     

单镜头三维粒子成像测速

本文提出了一种用单镜头进行三维流场测量的方法，建立了包括摄录系统、数字图象处理及识别系统及流动装置的３Ｄ－ＳＣＰＩＶ系统。完成了现有条件下的原理性定量测量实验。     

两相流PIV粒子图像处理方法的研究

本文在单相PIV技术的基础上研究了两相流动PIV图像处理方法，采用摸板匹配法和灰度加权标定法对两相粒子进行了识别、区分和标定，采用灰度互相关法对区分后的单相粒子图像进行了处理，应用基于以上方法编制的Windows应用软件，首先对由美国Minnesota大学复杂流动实验室提供的两相流动粒子图片进行了处理，通过对比分析可见，应用本文所采用的方法能对两相粒子进行有效的识别和区分，然后以搅拌槽内液固两相流场为例对此方法进行了应用。     

偏置圆速三维粒子成像测速

研究了一种新型三维粒子测量技术—偏置圆速法（ＣＶＢ）． 先介绍ＣＶＢ系统装置,分析ＣＶＢ基本原理;然后讨论了偏移量ｒｔ 与各种参数的关系;并用ＣＶＢ测量几种已知运动,以此来考察ＣＶＢ的可靠性． 原理分析和实验结果表明ＣＶＢ用于三维粒子测量是可行的,也是可靠的．     

水击谐波流场中乳化油液滴粒径的PIV测量

为了掌握乳化油液滴在水击谐波流场中的碰撞、破裂、聚集和变形等微观形态的变化规律,采用粒子图像测速(PIV)技术对水平方管中乳化油液滴的水击谐波流场进行了测量,分析了在水击谐波流场中,不同激振力作用下乳化油液滴的粒径变化。测量结果表明,在水击谐波流场作用下,乳化油液滴平均粒径的增长率随着激振力的减小而减小,随着作用时间的增大呈增加趋势,直至粒径处于一种动态平衡;乳化液滴随着激振力增大到达波节聚集位置的时间减少,可见增大水击谐波激振力有利于乳化液滴的聚集并合并为大尺度的液滴,从而有效地提高了水击谐波流场作用下的油水分离效果。     

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.     

Stability of Thermocapillary Flow in a Flat Layer with Allowance for the Soret Effect

The stability of thermocapillary two-component liquid flow is studied taking into account thermal diffusion. An explicit expression is obtained to construct neutral Marangoni numbers under the assumption of monotonicity of perturbations. The thermocapillary and hydrodynamic instability mechanisms are considered. It is shown that plane perturbations are the greatest hazard to the stability of return flow.__________Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 5, pp. 86–92, September–October, 2005.