深径比对邱克拉斯基结构内旋转驱动流动的影响

为了了解深径比对邱克拉斯基(Czochralski)结构内旋转驱动流动的影响,利用有限容积法进行了三维非稳态数值模拟。结果表明:随着液池深径比的增加,流动逐渐加强,当旋转速度超过某一临界值后,流动转变为三维非稳态振荡流动。随着液池深径比的增加,速度波振荡幅度增大,速度波波数和周向传播方向都随之改变;浅液池内坩埚旋转作用占主导地位,速度波传播方向与坩埚旋转方向相同,深液池内晶体旋转大于坩埚旋转对流动的影响,速度波传播方向和晶体旋转方向相同。     

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。     

旋转对邱克拉斯基结构内双组分溶液流动稳定性的影响

为了了解晶体和坩埚旋转对具有水平温度梯度的邱克拉斯基(Czochralski)结构液池内双组分溶液热毛细-浮力对流的影响,以质量分数为50%的正癸烷/正己烷双组分溶液为工质进行了一系列实验。结果表明,当晶体/坩埚单独旋转时,随着晶体转速增加,旋转首先会抑制流动失稳,然后促进失稳,失稳后的振荡主频逐渐增大;坩埚单独旋转会抑制流动失稳,失稳后的振荡主频随坩埚转速增加先减小、后增大,相同条件下双组分溶液比纯工质易于失稳。当晶体/坩埚同时旋转时,随着晶体转速增加,同向旋转时主频逐渐增大,反向旋转时主频先减小、后增大。     

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。     

浮力对环形液池内热毛细对流的影响

为了了解浮力的影响,对水平温度梯度作用时环形液池内的热毛细对流进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40 mm,内壁被冷却,半径为20 mm,液池深度为(1-17)mm,流体为0．65cSt的硅油,其Pτ数为6．7．模拟结果表明,当水平温度梯度较小时,流动为轴对称稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,在浅液池内,转化为热流体波,浮力对失稳后的流型无影响,但会使热流体波的振幅下降;在深液池内,在常重力条件下,转化成三维稳定流动,在微重力和小重力条件下,转化为三维振荡流动．     

Cz结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性

为了了解水平温度梯度作用时Czochralski结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性,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,液池深度为3 mm.模拟结果表明,当逐渐增加温差时,会发生两次流型转变,第一次由二维轴对称流动转变为三维稳态流动,第二次由三维稳态流动转变为热流体波,其可能沿顺时针方向旋转、也可能沿逆时针方向旋转,同时,第二次转变存在分岔现象.     

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。     

重力水平对热毛细-浮力对流耗散结构的影响

为了了解重力水平对环形液池内热毛细-浮力对流耗散结构的影响,利用有限容积法进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,内壁被冷却,流体为0．65cSt硅油,其Pr数为6．7。结果表明,在微重力条件下,流动为三维振荡流动;当重力水平增加到0．1go时,流动结构转化为沿周向运动的一组滚胞,其轴线与温度梯度方向一致;当重力...     

液封液桥内振荡热毛细对流的三维数值模拟

为了了解微重力下液封液桥内热毛细对流的基本特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,液桥高为(1-3)mm,直径为2mm和3 mm,液封外直径为(4-7)mm。模拟结果表明,当Marangoni数较小时,液封液桥内的热毛细对流为稳定的轴对称运动,当Marangoni数超过某一临界值后,流动将转化为三维振荡流动;为此,确定了发生振荡的临界Marangoni数,分析了各种条件下热毛细对流的振荡特性,计算了相应的振荡频率。     

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。     

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。     

基于光纤光栅传感器的体外血管模型应力测量北大核心CSCD

血管中的血液流动会对血管壁产生周向应力,周向应力与血管的结构及功能变化密切相关,测量体外血管模型的周向应力是生物力学研究中较重要的问题。提出了利用光纤光栅测量血管周向应力的方法,基于微流控技术利用钢针模具建立了集成光纤光栅的三维圆形血管模型,通过仿真研究了不同流动速度与应力的关系。仿真结果得到流速在8 mm/s~75 mm/s范围内,应力随速度的改变呈线性变化。利用光纤光栅传感器测量了流体流动时产生的周向应力,根据实验得到了光栅波长改变量与速度的关系,流速范围在8 mm/s~75 mm/s之间变化时,速度引起波长的变化为0.173 nm。结合仿真实验得到了应力与光栅波长改变量的关系,为血液流动时产生周向应力的体外测量提供了新思路。     

水平管气液两相泡状流紊流结构的准三维测量

用两个X型热膜探针对内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的三维紊流结构进行了准三维测量,得出了沿不同直径的轴向、径向和周向的紊流脉动速度和雷诺应力分布。发现在水平管下部脉动速度和雷诺应力与单相流动时的分布规律相似;在管子上部由于空气泡的存在增强了脉动速度;在某些区域内,周向的脉动值甚至比径向和轴向的相应值还要高。水平气液两相泡状流中雷诺应力-uw不为零,在管子的上部甚至和-uv有相同的量级。给出了由于气泡引起的紊流脉动与总素流脉动比值沿径向的分布。     

表面散热对双组分溶液热-溶质毛细对流的影响

为了了解表面散热对耦合热-溶质毛细对流的影响,对环形浅液池内考虑Soret效应的双组分溶液耦合热-溶质毛细对流进行了三维数值模拟。环形液池深宽比和半径比分别为0.1和0.5,工质为质量分数等于26.27%的甲苯/正己烷混合溶液。结果表明,当流动为二维稳态时,在Soret效应作用下,溶质会向内侧壁转移,浓度梯度和温度梯度方向相反。随着Biot数增加,流动失稳的临界热毛细雷诺数和临界振荡频率均减小,但波数增加。流动失稳后,在自由表面会出现与温度波动类似的浓度波动;随着热毛细雷诺数增加,不论自由表面是否绝热,流动均会过渡到混沌状态。     

高功率光隔离器永磁系统的理论研究与优化

基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统,分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响,研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明:通过引入斜向磁化永磁体,选择合适的磁化角度和磁体长度,可以提高永磁体的磁场强度,大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度;受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关,当晶体长度一定时,减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5mm、磁光晶体半径5mm时,对应的隔离度分别为105.8dB和45.4dB。     

轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究

本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究.数值计算结果表明;下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度.进一步计算结果表明,重力的影响大小与整体流态转速相对坐标系转速的比值密切相关,该相对转速越大影响越小,反之越大.     

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.     

质量流率对旋转爆震波传播速度影响实验研究

实验研究了质量流率对旋转爆震波传播速度的影响,结果表明:对于给定几何结构的发动机,存在一个临界质量流率,当质量流率小于该值时,旋转爆震波的速度较低且存在较大随机性;当质量流率大于临界值时,旋转爆震波的速度变化趋势与CJ爆震理论一致。针对低质量流率工况下出现的较大速度亏损现象,提出了两种导致该现象的可能机制,即燃烧室发生声学耦合燃烧和燃烧产物在爆震波到达之前与反应物充分混合,进一步分析对比了这两种机制,分析结果表明,两种假设都能够较好解释低质量流率下爆震波的较大速度亏损现象,但燃烧室发生声学耦合燃烧的假设更符合实验结果。     

环形池内反常热毛细对流及稳定性线性稳定性分析

线性稳定性分析研究了环形池内反常热毛细对流及其稳定性,分析了液层深度对它们的影响。结果表明;当Ma较小时,反常热毛细对流为稳定的轴对称流动;当Ma超过临界值后,反常热毛细对流失稳,形成三维稳态波纹,波纹的形态与液层厚度有关。当液层深度H(H=d/ΔR,d为环形池深度,△R为内外径宽)小于0.0833时,失稳波纹为波数较多、位于环形池外环边沿、短小细密的"边沿波";当H大于0.0833时,为波数较少、波纹较宽、几乎占据整个液层、呈轮辐状的"轮形波";H等于0.0833时,同时存在这两种波纹的可能性。随着液层深度的增加,对流失稳的临界Ma数逐渐减小。能量收支分析讨论了它们的失稳机理。     

双向温度梯度作用下Cz池内热对流的数值模拟

为了了解双向温度梯度作用下Cz液池内复杂流动和传热特性,利用有限容积法对底部施加不同垂直热流密度(3.0~4.0 W/cm~2)的Cz结构内硅熔体流动进行了三维数值模拟。结果表明,当3.0 W/cm~2≤q≤3.4 W/cm~2时,液池内为稳态轴对称流动,自由表面上温度波动呈直辐条结构,液池内最高温度出现在坩埚侧壁(即T_h);当3.6 W/cm~2≤q≤4.0W/cm~2时,流动失稳,液池内总体温度水平提高,最高温度高于壁面温度,其出现的位置离开壁面逐渐向液池中心移动。