二元工质Marangoni对流的实验研究与数值模拟

用实验和数值模拟方法研究了正值表面张力温度系数的二元醇类特殊水溶液Marangoni对流流动. 首先通过实验测量确定正戊醇水溶液表面张力在特定的浓度分布和温度区间内具有明显随温度升高而增加的变化区域, 然后利用特定浓度配比的正戊醇水溶液,采用PIV方法实验观测了矩形液池中二元工质液层在水平温差驱动下的Marangoni对流, 发现了不同于常规的反向热毛细对流流动, 测量的表面速度分布与相同工况的数值模拟结果进行了比较, 发现二者变化趋势一致. 实验观测和理论结果的比较进一步验证了表面张力温度系数为正值时二元工质液层的热毛细流动输运特性.     

微重力下密闭腔体内火焰传播过程的数值模拟

建立了微重力条件下火焰沿固体可燃物表面蔓延的数学模型．在考虑固相传热和热解过程的基础上,研究气相的燃烧动力学过程,并且给出了体现微重力燃烧两相耦合作用的相界面处理方法．首次用数值模拟的方法研究了密闭腔体内火焰传播的三维非稳态过程,对于微重力大小分别为１０－４ｇ和１０－２ｇ时的计算结果进行了分析对比．数值模拟的结果基本合理．     

微重力下液封液桥内振荡热毛细对流的数值模拟

对微重力条件下液封液桥(流体采用KF-96硅油和FC-70氟化物,桥高1.4~4毫米,内层直径2或3毫米,外层直径5毫米)和单层液桥(流体采用KF-96硅油,桥高1~1.6毫米,直径2毫米)内的热毛细对流进行了数值模拟,模拟条件与Majima等的实验条件相同。从理论上证实了大温差条件下将出现振荡热毛细对流,确定了发生振荡的临界条件并与相关实验结果进行了对比,同时还计算了振荡频率。     

多层流体的Marangoni对流

介绍微重力环境下矩形液池中多层不相混液体的Marangoni对流及其不稳定性.Marangoni对流流动的形成是由于在该系统施加一个与液体交界面相垂直的外加温度梯度.Marangoni对流的线性不稳定性分析是基于无限延长矩形液池内的两层流体系统.应用数值模拟研究了Marangoni对流的流体动力学和热传输特性,将多层流体的Marangoni对流同两层流体中外加温度梯度与流体交界面平行时引起的热毛细对流的主要特征进行了比较.     

板料三维成形过程的有限元数值模拟

基于有限变形理论建立了三维金属板料成形过程的刚塑性有限元数学模拟,该数学模型采用物质坐标系中的Ｕｐｄａｔｅ－Ｌａｇｒａｎｇｅ描述,等向强化假设,考虑了板料的厚向异性,对于金属板料与模具有摩擦采用近似的库仑摩擦定律以改善计算的收敛性。为简经计算采用薄膜单元,并根据此模型编制程序。     

微重环境中三维液体非线性晃动的数值模拟

将ALE(任意的拉格朗日-欧拉)运动学描述关系引入到Navier-Stokes方程中,在时间域上采用分步离散方法中的速度修正格式,利用Galerkin加权余量方法推导了系统的有限元数值离散方程;推导了考虑表面张力效应时有限元边界条件的弱积分形式。模拟了考虑表面张力情况下圆筒形贮腔中液体的非线性晃动,揭示了考虑表面张力效应时液体非线性晃动的重要特征。     

板材成形有限元数值模拟的研究进展

本文以不同时期引起人们广泛注意的标准考题１）为主要线索,对板材成形有限元数值模拟的发展作了简要的综述．并讨论了研究中仍存在的问题和研究的发展方向．     

表面张力驱动对流的实验研究

液桥的表面张力驱动对流问题,是目前国际上最受重视的空间科学研究课题之一。本文回顾了该问题的起因及实验研究的进展状况,综述了现有的实验结果,指出了一些存在的问题。     

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．     

Two bifurcation transition processes in floating half zone convection of larger Prandtl number fluid

Processes of the onset oscillation in the thermocapillary convection under the Earth's gravity are investigated by the numerical simulation and experiments in a floating half zone of large Prandtl number with different volume ratio. Both computational and experimental results show that the steady and axisymmetric convection turns to the oscillatory convection ofm=1 for the slender liquid bridge, and to the oscillatory convection before a steady and 3D asymmetric state for the case of a fat liquid bridge. It implies that, there are two critical Marangoni numbers related, respectively, to these two bifurcation transitions for the fat liquid bridge. The computational results agree with the results of ground-based experiments. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19789201) and the Ministry of Science and Technology of China (95-yu-34)     

液封液桥内热毛细对流的数值模拟

建立了液封液桥(不相溶混的双层同轴液柱)内热毛细对流的物理数学模型,采用涡量-流函数法、利用有限差分格式对微重力条件下液封液桥内热毛细对流进行了数值模拟,得到了双层液柱主流区的温度场和流场,证实了液封技术能削弱液桥主流区的热毛细对流,从而提高浮区晶体生长质量,找出了液封厚度以及内、外层流体物性参数比对液桥内热毛细对流的影响规律.     

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。     

方腔中多孔介质自然对流分叉的数值模拟

本文用三次样条方法对充满饱和多孔介质的方腔的底部加热时出现的对流分叉现象进行了数值模拟,得到三个分叉点,观察到了分叉点邻域内流动发展状态,对稳定性与挑动幅度关系做了初步的探讨。     

界面张力梯度驱动对流向湍流转捩的研究

作为空间自然对流热质输运的基本形式, 界面张力梯度驱动对流是流动和传热强耦合的复杂非线性过程, 也是一个多控制参数耦合作用的过程, 表现出丰富的流动时空特征. 界面张力梯度驱动对流是微重力流体物理的重要研究内容和学科前沿, 同时在空间燃料输运过程和空间能源或热管利用等空间流体管理问题中均有重要应用. 本文综述了界面张力梯度驱动对流向湍流转捩研究的背景意义、地面实验、空间实验及数值模拟的研究现状, 重点介绍了从非线性动力学角度来研究转捩规律的具体方法, 目前最常见的手段是对观测量的时间序列进行分析, 通过频谱分析及相空间重构等方法计算时间序列的特征量, 从而判断流动模式, 这类方法理论成熟, 计算简单, 但需要对大量数据进行繁琐的处理; 另一种方法是通过数值计算分岔来研究对流在时空中的转捩模式, 这类方法可以直接计算出分岔点, 但是复杂之处在于需要求解大规模的线性或非线性方程组, 本文详细阐述了两种方法的理论背景, 应用状况及局限性, 探讨了将两种方法相互结合, 在研究中互为补充的可能, 并对今后的研究方向提出了建议.     

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．