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重力水平对热毛细-浮力对流耗散结构的影响

工程热物理学报 2011年第8期32卷 1269-1272页

作者：李友荣莫东鸣彭岚石万元重庆大学动力工程学院重庆400044 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

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... 详细信息

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;当重力水平增加到0.5go时,流型则为一组静止的滚胞;当重力水平继续增加到3go时,流动转变为稳定流动。

关键词：数值模拟流型热毛细-浮力对流环形液池

Prandtl数和表面蒸发对热毛细-浮力对流影响的实验研究

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Prandtl数和表面蒸发对热毛细-浮力对流影响的实验研究

作者：张璐重庆大学

学位级别：硕士

一般来讲,工质的表面张力会随温度的升高而降低,因此,当自由界面存在温度不均匀时,会产生表面张力的不均匀,从而驱动液层内流体流动。这种由于表面温度分布的不均匀而产生的表面张力梯度称为热毛细力,由热毛细力驱动的流动称为热毛细对... 详细信息

一般来讲,工质的表面张力会随温度的升高而降低,因此,当自由界面存在温度不均匀时,会产生表面张力的不均匀,从而驱动液层内流体流动。这种由于表面温度分布的不均匀而产生的表面张力梯度称为热毛细力,由热毛细力驱动的流动称为热毛细对流。当液层内浮力效应不可忽略时,二者便可耦合形成热毛细-浮力对流。热毛细-浮力对流广泛存在于薄膜过程、相变传热、晶体生长和合金凝固等工业生产中,并对实际过程及产品质量有着重要的影响。本文主要采用实验研究方法,探究工质Prandtl数对Czochralski结构液池内热毛细-浮力对流的影响以及环形池内自由表面蒸发对热毛细-浮力对流的影响,分析工质Prandtl数、液层深度和表面蒸发速率对流动失稳临界值的影响、流动失稳后自由表面耗散结构演变规律以及相应的三维振荡特性。主要结论如下:对施加水平温差的Czochralski液池内热毛细-浮力对流而言,随着浮力效应的增强以及Prandtl数的增大,临界Marangoni数单调递增,且深液层内工质Prandtl数对流动失稳临界值的影响远大于浅液层。对浅液层而言,流动失稳后,随着Marangoni数的增大,自由表面耗散结构逐渐从同心圆环结构过渡到热流体波结构,Prandtl数的增大和浮力效应的增强均起到抑制热流体波而促进同心圆环结构出现的作用;在深液层中,对于低Prandtl数工质而言,随着液层深度的增加,自由表面流型从花苞状结构过渡到直条状结构,且随着Marangoni数的增大,轮辐数会逐渐减少。而当Prandtl数较大时,自由表面无花苞状耗散结构出现。当考虑自由表面的蒸发效应时,环形液池内液层平均温度、Marangoni数以及液层深度的增加均会促进自由表面蒸发速率的加快,但由于浅液层内浮力效应较弱,液层深度变化对表面蒸发速率的贡献相对较弱,且表面蒸发有抑制流动不稳定性的作用。当流动失稳后,在表面蒸发相对较弱时,随着蒸发速率的增加,自由表面热流体波结构逐渐变得模糊直至消失,相应的温度振荡幅值和主频均会减弱,此时自由界面振荡(表面波)和温度振荡(热流体波)具有相同的振荡频率;当表面蒸发较强时,温度振荡大幅减弱,由于“蒸发回退”效应,界面振荡变得无序和混乱。

关键词：热毛细-浮力对流稳定性流型 Prandtl数表面蒸发

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横向磁场下环形液池热毛细-浮力对流

河南科技 2018年第23期37卷 135-140页

作者：吕海慧王霞阳宏闵中强安徽工业大学数理科学与工程学院安徽马鞍山243032

为了解横向磁场作用下环形液池内热毛细-浮力对流的基本特性,利用有限体积法对磁场强度分别为0、0.3T和0.5T进行了三维数值模拟。结果表明:当温差分别为5K、10K时,无磁场条件下,对流为稳态流动,在外加磁场的条件下,随着磁场的增加,对流... 详细信息

为了解横向磁场作用下环形液池内热毛细-浮力对流的基本特性,利用有限体积法对磁场强度分别为0、0.3T和0.5T进行了三维数值模拟。结果表明:当温差分别为5K、10K时,无磁场条件下,对流为稳态流动,在外加磁场的条件下,随着磁场的增加,对流失去稳定性,变为规则的振荡对流;进一步增大磁场,对流转变为无规则振荡对流。

关键词：环形液池横向磁场热毛细-浮力对流数值模拟

环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细-浮力对流

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环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细-浮力对流

中国动力工程学会第三届青年学术年会

作者：商奇伟李友荣彭岚吴双应重庆大学动力工程学院重庆大学动力工程学院重庆大学动力工程学院重庆大学动力工程学院

为了了解水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细-浮力对流特性,利用有限容积法进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40mm,内壁被冷却,半径为20mm,液池深度为0.75-3mm,液池内的流体为0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7。模拟... 详细信息

为了了解水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细-浮力对流特性,利用有限容积法进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40mm,内壁被冷却,半径为20mm,液池深度为0.75-3mm,液池内的流体为0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7。模拟结果表明,当水平温度梯度较小时,流动为稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,转化成各种振荡流动,模拟计算的临界温差与实验结果吻合较好。

关键词：工程热物理热毛细-浮力对流数值模拟环形浅池

来源： cnki会议评论

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曲率对环形浅液池内热毛细-浮力对流的影响

热科学与技术 2006年第1期5卷 22-26页

作者：商其伟刘英杰李友荣重庆大学动力工程学院重庆400044

为了了解凸率对水平温度梯度作用时环形浅液池内热毛细．浮力对流的影响，采用有限容积法进行了非稳态二维数值模拟。环形液池外壁被加热，半径为40mm；内壁被冷却，半径分别为20和10mm；液池内的流体为0．65cSt的硅油，其Pr为6．7，液... 详细信息

为了了解凸率对水平温度梯度作用时环形浅液池内热毛细．浮力对流的影响，采用有限容积法进行了非稳态二维数值模拟。环形液池外壁被加热，半径为40mm；内壁被冷却，半径分别为20和10mm；液池内的流体为0．65cSt的硅油，其Pr为6．7，液层厚度为0．5～1．5mm。模拟结果表明，当水平温度梯度较小时，两种曲率下的流动均为稳态流动，随着温度梯度的增加，流动将会失去其稳定性，转化成各种振荡流动；流动转化的临界温差与曲率有关，模拟计算的临界温差与实验结果吻合较好。

关键词：热毛细-浮力对流数值模拟曲率环形浅池

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地面分离结晶过程中熔体内部的流动特征

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第4期41卷 93-97页

作者：李震彭岚李友荣屠竞毅重庆大学动力工程学院重庆400044

为掌握地面条件下分离结晶过程中熔体内部的流动规律,采用有限差分法对分离结晶生长CdZnTe晶体熔体内热毛细-浮力对流作了三维数值模拟,在计算过程中熔体无量纲高度H取1,无量纲气缝宽度B分别取0.100,0.075,0.050和0.025.结果表明:当Mara... 详细信息

为掌握地面条件下分离结晶过程中熔体内部的流动规律,采用有限差分法对分离结晶生长CdZnTe晶体熔体内热毛细-浮力对流作了三维数值模拟,在计算过程中熔体无量纲高度H取1,无量纲气缝宽度B分别取0.100,0.075,0.050和0.025.结果表明:当Marangoni数较小时,熔体流动呈较弱的稳态流动;随着Marangoni数增加,熔体内部流动逐渐增强,温度梯度逐渐加大;当Marangoni数超过临界值,流动转变成非稳态流动,熔体内部流场和温度场出现振荡;随着气缝宽度减小临界Marangoni数增大.

关键词：晶体生长数值模拟分离结晶热毛细-浮力对流 Marangoni数

环形浅液池内中等Pr数流体热毛细—浮力对流

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环形浅液池内中等Pr数流体热毛细—浮力对流

作者：商奇伟重庆大学

学位级别：硕士

采用有限容积法对环形浅液池内的热毛细-浮力对流进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40mm,内壁被冷却,半径为(5-20)mm,上、下表面均绝热,液池内充满0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7,液层厚度为(0.5-1.5)mm,结果表明: (1)当... 详细信息

采用有限容积法对环形浅液池内的热毛细-浮力对流进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40mm,内壁被冷却,半径为(5-20)mm,上、下表面均绝热,液池内充满0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7,液层厚度为(0.5-1.5)mm,结果表明: (1)当水平温差较小时,液层内流型为稳态的单胞或多胞结构,流道中的温降大部分发生在冷、热壁附近的热边界层内,随着温差的增加,流动将会失去其稳定性,转化成各种振荡流动;(2)当温差超过某一临界值时,稳态的热毛细-浮力对流转化为热流体波,流胞从冷壁产生,向热壁传播,且振幅随温差的增加而增大,频率随温差的增加而减小。当温差继续增加时,流动将变得非常复杂,流胞不再是有规律地从冷壁向热壁传播,在流道中间不断有流胞产生和合并,流动处于一种混沌状态;(3)浅液层内热毛细-浮力对流失稳的临界温差随液层厚度的增加而减小;振荡流动时,液层中流胞的数量及振荡频率都随着液层厚度的增加而减小,但振幅随着液层厚度的增加而增加;(4)环形液池内、外半径比Cr会影响流动失稳的临界条件和热流体波的频率和振幅,Cr越大,液池中的流动越接近于矩形腔内的流动。

关键词：热毛细-浮力对流数值模拟环形液池硅油稳定性

勾形磁场下分离结晶过程中熔体内部对流的三维数值模拟

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勾形磁场下分离结晶过程中熔体内部对流的三维数值模拟

作者：龚欢重庆大学

学位级别：硕士

分离结晶Bridgman法作为一种新型的晶体生长方法，融合了传统垂直Bridgman法及Czochralski提拉法的优点，尤其在生长对热应力敏感的晶体材料（如CdZnTe晶体）方面具有出色的表现。但是，分离结晶法仍然属于熔体生长法的范畴，当自由表... 详细信息

分离结晶Bridgman法作为一种新型的晶体生长方法，融合了传统垂直Bridgman法及Czochralski提拉法的优点，尤其在生长对热应力敏感的晶体材料（如CdZnTe晶体）方面具有出色的表现。但是，分离结晶法仍然属于熔体生长法的范畴，当自由表面存在温度梯度时，由表面张力梯度引起的熔体内部热毛细对流会增加分离结晶的难度，致使生长的晶体质量下降。在地面条件下，浮力对流使熔体流动更加复杂，实现分离结晶的难度更大。CdZnTe熔体具有导电性，因此本文尝试通过施加磁场的方法削弱熔体内部的流动，从而为分离结晶法生长晶体提供理论指导。本文重点研究勾形磁场作用下分离结晶过程中熔体内部的流动，采用三维数值模拟的手段计算分析勾形磁场对熔体内部流场和温度场的影响。同时，研究了狭缝宽度对熔体内部流动的影响。最后，分析对比了勾形磁场、轴向磁场以及两者的复合磁场对熔体对流的抑制效果。研究结果表明：1)微重力条件下，施加勾形磁场可以抑制熔体内部的热毛细对流，随着磁场强度的增加，抑制作用逐渐增强，熔体内部等温线分布趋于均匀。熔体上下自由表面的速度逐渐减小，温度分布的非线性减弱，熔体流动失稳的临界Ma数逐渐增大。2)常重力条件下，熔体内部的热毛细-浮力对流随着勾形磁场的磁场强度增大而减弱，上下自由表面的速度逐渐减小。相同磁场强度和温差条件下，常重力条件下熔体内部的流动较微重力条件下有所减弱。熔体流动失稳的临界Ma数也随着磁场的增强而增大。3)随着狭缝宽度S的增大，熔体内部的流动呈减弱趋势，上下自由表面的速度也逐渐减小。4)对比勾形磁场、轴向磁场及两者的复合磁场对熔体流动的抑制效果可知，复合磁场对熔体内部对流的抑制效果最好，轴向磁场次之。

关键词：分离结晶勾形磁场热毛细对流热毛细-浮力对流 CdZnTe晶体