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。     

旋转环形液池内双组分溶液热毛细对流研究

通过毛细对流可视化实验系统和三维数值模拟研究了旋转环形液池内受Soret效应影响的双组分溶液热毛细对流,探究了泰勒数和液池深宽比对双组分溶液热毛细对流的稳定性及失稳后产生的振荡流型的影响。结果表明,旋转液池内受Soret效应影响的热毛细对流的基础流为逆时针流胞形成的轴对称稳态流动,液池旋转对基础流径向流动的影响较小,但会明显增大流体的相对周向流动。临界热毛细雷诺数随泰勒数的增大而增大,随深宽比的增大而减小。泰勒数和深宽比的变化会明显改变双组分溶液热毛细对流失稳后产生的振荡流型。随着泰勒数的增大,液池中会出现HTWs和内部波动共存的振荡流型,内部振荡由包含在基态流动中的旋转流胞产生。     

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     

环形液层内热毛细对流的线性稳定性分析

为了了解液层深度对热毛细对流不稳定性的影响,利用线性稳定性理论分析了内径为20 mm、外径为40 mm、深度为1～20 mm的环形液层内硅油(Pr=6.7)的热毛细对流,重点考察了发生热流体波的临界温差及热流体波的临界周向波数,结果表明,临界温差随液层深度的增加而降低.讨论了浮力对热流体波及其临界条件的影响,并证实了常重力条件下当液层厚度大于5 mm时,热流体波呈静止状态这一现象.     

绕汽柱热毛细对流的稳定性分析

本文根据非平衡热力学理论,选取熵产作为F函数,以熵产随时间的变化率作F函数,采用Liapounov稳定性分析方法用数值法对绕汽柱热毛细对流进行了稳定性分析,得到了不同参数组合下的临界Marangoni数,并以工质水为例,得到了不同情况下的临界热负荷。     

环形双层液体内热毛细对流过程的数值模拟

为了了解环形双层液体内热毛细对流的基本特征,利用有限容积法进行了数值模拟,液池外壁被加热,内壁被冷却,液封流体为氧化硼,熔体为砷化镓,其宽深比为4.模拟结果表明,液封能极大地抑制熔体内流动,使其速度降低约两个数量级;浮力会削弱液封层内的流动,强化熔体内流动.     

绕汽柱热毛细对流的数值模拟

本文建立了一个在常重力及微重力情况下绕汽柱热毛细对流的数学模型,并采用有限差分法来积分非稳态动量方程和能量方程,得到了不同参数下热毛细对流的数值解．通过数值模拟,得到了不同参数下热毛细对流的速度矢量场,了解了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律．得出结论：热毛细对流不仅在微重力条件下存在,即使在重力场中,在特定情况下也是不能忽略的。     

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。     

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.     

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。     

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。     

轴向磁场对分离结晶熔体中热毛细对流的影响

为了了解磁场对分离结晶过程中熔体内热毛细对流的影响,利用有限差分法进行了数值模拟.假定熔体为不可压缩流体,熔体深径比为1,自由表面无因次宽度为0.1,研究了哈特曼数分别为0、25,50和75时的碲锌镉晶体生长过程.结果表明:轴向磁场能够抑制熔体内部的流动,并随磁场强度的增加,抑制作用增强.     

The attenuation of oscillatory thermocapillary convection in the oxide melt by a transverse magnetic field

The effect of a transverse magnetic field on the oscillatory thermocapillary convection in the NaBi(WO4)2 melt was studied by using the in-situ observation system. The oscillation was attenuated when the 60 mT magnetic field was applied, as shown by the decrease in the amplitude and the frequency. Furthermore, the oscillation under smaller temperature difference was stabilized after the magnetic field was applied. The magnetic effect could be due to the Lorentz force generated by the interaction between motional ions and the vertical magnetic field. The ionic conductivities were measured to demonstrate the effect of the magnetic field. The solid ionic electrical conductivity increases with the temperature rise, and the melt ionic electrical conductivity was measured to be about 2.0×10-4 Ω-1·cm-1. Experimental results manifest that the effect of the magnetic field on anions and cations in the melt makes the flow change to the direction normal to the applied field, so the flow is more orderly and the oscillation is suppressed.     

Experimental and Numerical Study of Free Convection on an Isothermal Downward Cone

Abstract

The laminar free-convection heat transfer from an isothermal downward cone in air is investigated experimentally and numerically. The experimental investigation is carried out by Mach-Zehnder interferometery technique and the numerical simulation was done by Fluent. The cone tip angle has been kept constant to 45° and it was suspended from its base throughout the experiment. This article focuses on the effect of Rayleigh number variation on the local and average free-convection heat transfer coefficient over the conical surface. The local and average Nusselt numbers were determined for the Rayleigh number range of 4.9×10⁵ to 1.1×10⁶. Also, the experiment and the numerical simulation were carried out on a vertical isothermal cylinder of circular cross section in order to compare results with other researchers for the verification of our experimental and numerical results. The significant influence of the upper end surface of the cone, both in the experimental and numerical studies, indicated a recirculation region above the upper end surface which affects the local convection heat transfer at the slant trailing edge and causes it to increase. Also, a correlation for the calculation of the local Nusselt number over the cone is proposed.     

Numerical Stability Analysis of FDLBM

We analyze the numerical stability of Finite Difference Lattice Boltzmann Method (FDLBM) by means of von Neumann stability analysis. The stability boundary of the FDLBM depends on the BGK relaxation time, the CFL number, the mean flow velocity, and the wavenumber. As the BGK relaxation time is increased at constant CFL number, the stability of the central difference LB scheme may not be ensured. The limits of maximum stable velocity are obtained around 0.39, 0.43, and 0.43 for the central difference, for the explicit upwind difference, and for the semi-implicit upwind difference schemes, respectively. We derive artificial viscosities for every difference scheme and investigate their influence on numerical stability. The requirements for artificial viscosity is consistent with the conditions derived from von Neumann stability analysis. This analysis elucidates that the upwind difference schemes are suitable for simulation of high Reynolds number flows.     

随机对流扩散方程的数值仿真

本文针对对流一扩散随机过程在随机输入（即随机输运和源项）,作用下进行数值仿真。我们先将对流扩散随机微分方程中的随机函数采用有限项截断的多项式浑沌展开（Polynomial Chaos Expansion）展开,再由Galerkin映射法得到求解浑沌展开系数的确定性方程组。这是一个在物理空间包含多尺度解的大方程组。为此我...     

Numerical Simulation and Analysis on Deflection of Silicon Mirrors Irradiated by High Power Laser

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＤｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎＭｉｒｒｏｒｓＩｒｒａｄｉａｔｅｄｂｙＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＸＩＡＪｉｎａｎ；ＣＨＥＮＧＺｕｈａｉ；ＱＩＵＪｕｎｌｉｎ（ＮａｔｉｏｎａｌＬａｂ...     

流向对管束外混合对流影响的数值模拟

用格子玻尔兹曼方法对微圆管管束外混合对流的换热情况进行了数值模拟研究。在充分验证程序正确性的基础上,对混合流动绕流时不同壳侧进液角度,不同雷诺数Re以及瑞利数Ra等方面对传热的影响进行模拟研究,对衡量传热效果的Nu数及温度场进行了对比,总结出了换热规律。为高效微管换热器的开发提供了理论指导。     

超临界流体Rayleigh-Bénard对流的数值模拟研究

物质气液临界点附近热物理性质发生剧烈变化,会出现一种对热力学平衡有显著加速作用的热声活塞效应。而在长时间尺度上,因重力作用而产生的Rayleigh-Bénard对流在活塞效应的影响下,其表现出来的物理特性与普通流体相比存在较大的差异。我们通过SIMPLE方法对超临界氮在不同临界距离下的自然对流发生过程进行数值模拟,结果显示当流体热力学状态接近临界点时,对流作用的发生取决于边界层内热羽流的形成,并且具有明显的湍流特征,而随着离开临界点的距离加大,流场的形成逐渐过渡到一般可压缩流体的情形。     

偏心环形腔内冷水稳态自然对流的数值模拟

为了了解偏心环形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,本文利用有限容积法对垂直偏心环形腔内的冷水自然对流进行了二维数值模拟,得到了半径比为1.5时不同密度倒置参数、偏心率和Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的平均Nusselt数进行了比较和分析。结果表明:密度倒置参数对流型结构起着决定性的作用,偏心率和Rayleigh数对流场影响较小;相同条件下,当密度倒置参数在0.5附近时,平均Nusselt数最小。