水平磁场对双层流体热毛细对流的影响

三维数值研究了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的双层流体系统在水平磁场作用下的热毛细对流.结果显示,当磁场强度较小时,上层流体中对流涡的结构变化其微,而下层流体中的逆对流涡得到了抑制;随着磁场的增强,温度场分布逐渐趋于均匀,涡量强度逐渐减小,表明热毛细对流强度逐步地得到削弱.当磁场增强列Bx=0.4 T时,上层流体中的对流涡较均匀地充满上层流体区,而下层流体中对流涡紧贴着交界面.     

基于Level Set方法的双层流体热毛细对流的数值研究

基于Level Set方法建立了双层流体热毛细对流的数学模型,通过变密度二阶投影法求解控制方程,C-N隐式技术用于扩散项更新,三阶龙格库塔技术用于对流项的更新,采用连续表面张力模型(CSF)模拟Marangoni效应。三维数值模拟了微重力环境下双层流体系统中交界面变形的热毛细对流,结果显示,在Marangoni效应的作用下,交界面在热端凸起,在冷端凹陷;随着Marangoni数增大,双层流体交界面的变形率随之增大,对流强度也随之增大;交界面与壁面的接触条件会影响热毛细对流的流场和温度场。     

三层同轴液柱内的热毛细对流的近似解析解

1引言在微重力下用浮区法生长高质量、大体积单晶体是一种很有应用前景的方法，但热毛细对流所引起的诸如宏观不均匀性、生长条纹等缺陷严重限制了这一方法的应用。目前，人们试着用液封方法抑制热毛细对流。文献［1～3］分别对两层流体系统内的热毛细对流所作的研究表明：通过液封，被封层内的热毛细对流可以得到显著抑制。本文对圆柱三层流体系统内的热毛细对流进行研究，为热毛细对流规律的揭示以及进一步总结出其控制方法提供了理论数值依据。2控制方程和边界条件考虑长为L的互不溶混的三层轴对称同轴液柱，如图1所示，两端壁保持定温T…     

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。     

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。     

固体火箭尾舱对流加热机理

对某型固体火箭尾舱热环境进行了研究,发现尾舱热环境存在明显的天地差异,通过数值仿真结果分析了对流热环境产生的机理.在真实飞行环境下,火箭尾舱外部绕流产生的激波和发动机喷流激波之间存在剪切层,剪切层与尾舱连通,在激波与剪切层的相互作用下形成非定常漩涡结构,是尾舱内对流加热的来源.剪切层的强弱与对流热流的大小密切相关,根据对流热流产生机理,对一种减小对流热流的结构形式进行了研究,通过减弱火箭尾部的剪切层,大幅减小了对流热流,固体火箭尾舱热环境得到明显改善.      

水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热特性的数值模拟

建立磁场作用下水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热的数学物理模型,分析磁场强度、磁性相变微胶囊体积分数、流体质量流量等因素对流体对流换热的影响.磁场对磁性潜热型功能流体的对流换热具有显著的强化作用,磁场强度愈大强化作用愈明显,强化原因是磁性相变微胶囊受到磁力作用产生扰动.     

通道内空气热磁对流的协同分析

为研究通道内空气热磁对流的流动规律,用数值模拟方法,研究了磁场作用下二维模型水平通道内的流动换热过程,获得了通道内的磁通密度分布和空气温度轴向分布,在此基础上,建立了一维通道内空气热磁对流的数学模型,就温度场和磁场的相对关系对水通道内热磁对流过程的影响进行了数值计算,获得了通道内不同温度场、磁场以及其不同相对位置下的通道空气流量,并讨论了磁极形状对空气流量及其变化的影响。     

压缩湍流剪切层-空腔流体气动光学效应的计算机仿真

对亚音速机载光电系统由于剪切层-腔流体而导致的气动光学效应进行了数值模拟.剪切层内的压缩效应用对流马赫数0.8表示,腔体的几何形状为L/H=6.7,平均腔内温度为230 K.应用商用CFD软件对这个非稳定二维流体进行了仿真.结果表明Strehl比随着波长的增加而增大,但是模糊角却变得相对复杂.证明了波长效应并给出了优化的波长模型λ*=2πσt.     

冷却条件下管内超临界压力CO2对流换热研究

本文用数值计算和实验测量结合的实验方法对冷却条件下超临界压力二氧化碳在细圆管内(Din=2 mm)的局部对流换热进行了实验研究.结果表明,冷却条件下超临界二氧化碳局部对流换热系数在流体温度略高于准临界温度时达到峰值.本文还对该过程进行了数值模拟,比较了不同湍流模型的计算结果,根据数值模拟提供的信息分析了影响冷却条件下超临界压力二氧化碳换热的主要因素和物性变化对换热的影响.     

浓度边界层中成长汽泡的界面特性

对于双组分池内核态沸腾，热边界层中生成的汽泡，同时也处于浓度边界层中．本文建立了边界展中汽泡表面张力模型，对温度和浓度引起的表面张力变化进行分析．结果表明，表面张力从汽泡顶部到底部是递增的，从而形成液体沿界面自上而下的Marangoni流．通过汽泡底部微层相界面方程的求解，探讨了微层变形特征，由此分析汽泡脱离机理．微层变形与文献[1]中指出的接触线的变化从本质上是一致的．     

磁场对二元合金凝固过程中糊状层稳定性的影响

利用线性稳定性方法研究了外加磁场对二元合金凝固过程中糊状层稳定性的影响,且模型同时考虑了温度场、浓度场和流动的耦合作用.利用计算得出的色散关系式分析了磁场对糊状层稳定性的影响,其中包括直接模式和振荡模式.给出了不同情况下外加磁场对糊状层稳定性的影响,发现磁洛伦兹力可以减小由浮力引起的失稳效应.振荡模式下外加磁场对糊状层产生稳定作用,但直接模式下外加磁场对糊状层的稳定作用具有不确定性.本文所给出结果为工业中利用外加磁场改善产品的质量提供了重要的理论参考.     

蒸发液面热对流与温度不连续现象的实验研究

实验研究了存在蒸发界面的水平液层中的热毛细对流对汽/液界面处温度不连续的影响.对于单纯的热毛细对流从理论和实验已有深入研究,但目前国际对蒸发与热毛细对流的耦合尚缺乏研究.特别是近期C.A.Ward等人研究发现了蒸发汽液界面处的温度不连续现象.本文以存在蒸发界面的水平薄液层为研究对象,测量了蒸发界面处的温度分布,研究了普...     

微重力条件下熔-固相变对流与浮区对流的耦合

本文以空间材料生长为背景,用有限元法研究微重力条件下的浮区单晶生长过程,考虑了表面张力对流与浮区对流的耦合作用,计算了凝固界面形状,结果表明,晶体的生长速度是个重要的影响因素,生长时,单晶-熔体界面比多晶-熔体界面更倾斜;当生长速度超过临界值时,多晶-熔体界面附近的Marangoni涡会分裂出二次涡。 关键词：     

多组元化合物晶体生长过程中的双扩散对流现象

针对多组元化合物晶体的Bridgman生长过程,通过对液相区流场和浓度场的数值模拟,研究生长过程中容器内部双扩散对流与组分分布的情况.首先对比了三段场和梯度场炉壁温度设计情况下液相区的流体双扩散对流以及组分分布情况.在此基础上,针对梯度场炉壁温度条件,分析了不同参数的影响.结果表明:在溶质格拉晓夫数较大时,它的增大能够明显地削弱液相区的流体流动,从而使得界面附近的组分分布也产生变化;此外,拉晶速度的增大也能够使得液相区的双扩散对流受到抑制.     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

Effect of magnetic fields on out-of-plane orientations of nematic liquid crystalline polymers under simple shear flow

The effect of magnetic fields on out-of-plane orientations of liquid crystalline polymers (LCPs) under simple shear flows is numerically analyzed using the Doi–Hess equation. The evolution equation for the probability distribution function of the LCP molecules is directly solved without any approximation closure. The initial director is parallel to the vorticity direction. Two cases of the magnetic fields are considered (1) the magnetic field parallel to the flow direction, and (2) the magnetic field parallel to the velocity gradient direction. For both cases a log-rolling orientation state is detected at low shear rates. However, the director is quickly aligned along the direction of magnetic fields because of the deformation of molecules. The field affects on the scalar order parameter rather than the major orientation direction for the magnetic field parallel to the flow direction. On the other hand regarding the magnetic field along the vorticity gradient direction, the effect of the magnetic field is more remarkable on the major orientation in comparison with the effect on the scalar order parameter. Also it is be found that the order parameter is increased obviously with increasing the magnetic fields. It is an efficient way to improve the performance of LCP materials.     

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.