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。     

基于LBM的铝微滴斜柱沉积水平偏移研究

金属微滴沉积制造技术采用逐点堆砌方式成型, 为斜柱沉积提供无支撑制造方式, 具有高度灵活性. 本文针对铝液滴斜柱连续沉积过程, 建立格子玻尔兹曼模型进行数值模拟, 研究液滴在凝固表面上的水平偏移运动. 根据表面能充放过程, 沉积运动被划分为下落、快速扩张、慢速扩张、回弹4个阶段, 其受力状态由表面能、重力势能、动能和黏性耗散趋势得到. 液滴内部流动在扩张阶段中表现为滑动状态, 而在回弹阶段中表现为滚动状态. 液滴偏移运动的加速阶段主要发生在扩张阶段, 而偏移距离则在回弹阶段中产生. 扩张阶段的受力状态表明偏移运动的主要推动力为重力和毛细力. 随着液滴轴线距离的增大, 扩张阶段中的加速段时间缩短、速度峰值提高, 使水平偏移距离呈先增大后减小的趋势, 这种阶段化特征源于加速段时长和速度极大值的竞争关系. 不同沉积高度和固液浸润度下, 偏移距离均保持相同的演化趋势. 在相同的轴线距离下, 偏移距离随固液浸润度的增大而减小, 随沉积高度的增大而减小. 通过拟合水平偏移距离演化规律、优化扫描步距, 能够实现斜柱的均匀沉积, 并使倾角与理论结果一致.      

颗粒毛细效应影响因素的离散元分析

颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象, 该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径. 为探究颗粒毛细效应的影响因素, 采用离散元方法, 模拟再现了颗粒毛细效应过程,展示了不同管径下颗粒竖直方向速度演变特性, 考察了不同容器宽度和振动条件下颗粒最终毛细上升高度随管径的演变规律. 结果表明, 在容器宽度与粒径比为40、管振幅与粒径比为14.33、管振动频率为12 Hz情况下, 管径与粒径比$D/d = 3.33$时, 管内颗粒堵塞严重, 使得颗粒上升缓慢,并造成颗粒柱中断; $D/d = 8.33$时, 起初毛细上升高度增加迅速, 随后毛细上升高度的增大逐渐减缓, 管内颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度; $D/d =15$时, 随着颗粒毛细上升高度的增大, 管内颗粒柱分离为速度截然不同的两层, 上层颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度, 而下层颗粒存在明显的速度梯度.研究还发现, 在毛细效应能够发生的管径范围内, 存在一个对应于颗粒最终毛细上升高度最大值的临界管径, 当管径小于临界管径时, 颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而增大, 当管径大于临界管径时, 颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而趋于减小; 增大容器宽度,临界管径有所增大; 增大振幅、适当提高频率能够有效促进临界管径的增大.      

环形浅池内硅熔体中的热流体波

为了了解工业Czochralski炉内硅熔体表面轮型的基本特征,对环形浅池内硅熔体的热毛细-浮力对流进行了三维数值模拟,硅熔池内径为15 mm,外径为50 mm,深度为3 mm,熔池外壁被加热,内壁被冷却,底部固壁和顶部自由表面均绝热或者允许一个垂直方向的传热。模拟结果表明,当径向温差较小时,熔池内会产生稳定的单胞热毛细-浮力流动,随着温差的增大,流动将转变为三维振荡流动,在熔体自由表面会出现沿周向运动的轮型,小的垂直方向的热流密度(3W/cm2)对这种振荡流动没有大的影响。同时,讨论了流动和温度波动的特征,并确定了振荡流动的临界条件。     

两共轴带电圆环的相互作用能和作用力

计算了两共轴均匀带电圆环的相互作用能,并求出它们之间的相互作用力,绘制出电场力的空间分布图,进而讨论了作用力和两圆环半径和中心距离等参量的关系.     

竖直矩形微槽内的特殊干涸与换热行为

利用宽视场体视显微镜、高速摄影仪以及CCD摄像系统对纯蒸发和沸腾换热情形下竖直矩形毛细微槽内液体的特殊干涸行为进行了观察,对液体沿微槽槽道方向的润湿高度进行了观察测量,并对液体沿微槽槽道方向的相变换热特性进行了实验研究.实验结果表明:竖直矩形毛细微槽群是一种高性能的相变换热强化表面,微槽中液体的蒸发与沸腾对干涸点高度的变化有着复杂的影响,热流密度和相变换热系数沿槽道方向的分布不均匀.     

同向平行电流间互相吸引实验的探析

螺线管相邻各匝由于流过相同方向的平行电流而相互吸引,其周期性的收缩、伸长跳动可以演绎同向平行电流间互相吸引实验。利用毕奥萨伐尔定律,计算出两共轴平行圆环电流的互感,通过求其微分,得出其相互作用力的解析表达式,并通过数值计算得到作用力的大小,再求出实验对电流的需求值,得到降低电流并增大磁感应强度这一改进实验的有效方式,使实验效果更佳。     

磁悬浮和磁铁间相互排斥力的定量演示

在中学物理教学中，讲授牛顿第三定律物体间力的作用具有相互性时，也有两磁铁间相互作用力的演示实验，但有关磁悬浮现象的演示很少见，能证明磁铁间相互作用力大小相等、方向相反的定量实验，更是鲜有．我们利用实验室现有的器材，组装了一台既能演示磁悬浮现象，又能演示磁铁间相互排斥力大小相等、方向相反的定量演示的仪器，现介绍出来和同行交流。