环形液池内低Pr数流体热毛细对流的线性稳定性

利用线性稳定性理论分析了低Pr数(Pr=0.011)流体在环形液池内的热毛细对流,以此了解环形液池内热毛细对流的转变特性.液池外壁被加热,内壁被冷却,底部固壁和顶部自由表面均绝热.结果表明,随着液池深宽比的增加,临界Marangoni数和临界波数都逐渐减小,且当液池深宽比超过0.12后,临界波数基本不变;随着液池内外半径比的增加,临界Marangoni数会逐渐减小,但变化幅度不大,而临界波数有一个大的增加.     

基于格子Boltzmann方法的热毛细对流数值模拟研究

为研究Prandtl(Pr)数和纵横比(Ar)对侧壁差异加热的矩形液池内热毛细对流的影响,利用基于双密度分布函数的格子玻尔兹曼(Boltzmann)方法进行二维数值模拟。引入速度偏离率和偏差温度,分别衡量速度的波动和热毛细对流对温度场的影响。结果表明:热毛细对流随着Pr(0.1~100)的减小或Ar(0.2~2)的增大而增强;当热毛细对流较强时速度的波动也增强了,同时能量在冷壁端部积聚;当其它参数恒定而Pr在10~100范围内变化时,温度场几乎不变;当Ar≥1时,Ar对自由表面的速度和温度分布影响很小。     

环形浅液池内双组分溶液耦合热溶质毛细对流渐近解

采用匹配渐近展开法求解环形浅液池内热溶质耦合毛细对流中心区域渐近解,分析Soret效应和浮力对流动的影响。结果表明,当不考虑溶质毛细力和浓度的不均匀引起的浮力作用时,该解与环形浅液池内纯工质热毛细浮力对流或热毛细对流的渐近解完全一致;在浅液池内,浮力的影响较小,耦合的热溶质毛细力对流动过程起主导作用;当各种耦合的驱动力作用方向相同时,流动加强,相反,一旦存在反向的情况,则流动必然相互削弱。     

地面分离结晶过程中熔体内部的流动特征

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.     

旋转和磁场耦合作用对振荡Marangoni-热毛细对流的影响

双向温度梯度下环形浅液池内的硅熔体中会形成Marangoni-热毛细对流,当其中一个温度梯度超过临界值时,流动会变成三维振荡流动,同时,自由表面上的辐射换热还会使流动变得更加复杂。为了寻找有效削弱三维振荡流动的方法,通过三维数值模拟分别研究了只有液池旋转、只有轴向磁场和两者耦合时环形浅液池内的Marangoni-热毛细对流。结果表明,液池旋转和轴向磁场都可以对Marangoni-热毛细对流产生一定的削弱作用,而两者的耦合会相互促进。考虑到磁场的负面效果,在尽量小的磁场强度下获得了维持轴对称稳态流动的最佳参数组合。     

液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响

液封厚度对液封系统内的热毛细对流有着重要的影响,但已有的大多数研究集中于单向温差下流体在液封系统中的流动.文中采用数值模拟方法研究了液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响.模拟过程中,液池底部施加线性温度梯度,自由表面考虑对流换热,厚度比H_r取0.1~0.9,热毛细雷诺数Re取0~1.5×10~6,液池深宽比Γ取0.1、0.2、0.3.结果表明:Re较小时流动为稳态,热毛细对流强度随H_r增大而减弱;当Re不断增大至超过一定值时,流体的流动转变为振荡的多胞流动,流体振荡振幅和流动强度随H_r增大而减小;流动转变的临界值不随H_r单调变化,H_r=0.5~0.7可以使得不同Γ下的临界Re最大,此时流动稳定性最好.     

晶体旋转对浅层内热毛细对流的影响

为了了解微重力下水平温度梯度作用时晶体旋转对Czochralski结构浅液池内硅熔体热毛细对流的影响,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50 mm,晶体半径为15 mm,液池深度为3 mm,坩埚外壁与生长界面温差为16 K.模拟结果表明,晶体无旋转时,熔体表面会出现稳定的轮型,当晶体转速较低时,表面轮型会随晶体慢速旋转;当晶体转速超过4 r/min后,表面轮型运动速度发生突变,此时将出现热流体波.     

细长坩埚内分离结晶过程中熔体流型的转变

在微重力条件下,采用有限差分法对细长坩埚（无因次高径比A取2）内分离结晶生长CdZnTe晶体过程中的熔体热毛细对流进行了三维数值模拟。选取狭缝宽度B为0.1、0.075及0.05,考虑熔体顶部为固壁边界条件,得到了分离结晶过程中熔体热毛细对流的速度和温度分布,着重分析了熔体内部流型的转变过程。结果表明：当Marangoni数较小时,在下自由表面的表面张力作用下,熔体内部会产生顺时针方向的流胞,熔体的流动为稳态且流动较弱,但随着Ma数的增大,熔体的流动范围逐渐增大并且强度不断增强,熔体内部温度的非线性分布逐渐加剧;当Marangoni数超过某一临界值后,熔体内部的流动将由稳态转变为非稳态。     

微重力下单晶硅生长中热毛细对流的控制研究

在微重力条件下用浮区结晶法生长半导体单晶硅独具优势，但自由界面的温度梯度所诱发的热毛细对流对晶体质量的影响却更为突出。文中提出一种抑制热毛细对流的新方法-表面截割法，即通过适当改变自由表面的状况业抑制热毛细对流；在建立了半浮区（液桥）热毛细对流的数学模型的基础上，利用有限元法对不同截割方式下的流场、温度场做了数值模拟分析。结果表明，表面截割对浮区内的热毛细对流有很好的抑制作用，适当增加截割次数，可使热毛细对流削弱70%以上。     

地表热通量的变化对边界层热力对流卷的影响

以1995年8月14日在Florida观测(SCMS实验期间)的位温、水汽和风速等为初始化的大涡模拟结果,分析研究了边界层对流卷的发展及地表热通量对边界层热力对流卷的影响。分析了热力对流卷的位温、垂直速度及水汽混合比的关系。结果表明在边界层对流卷中,上升气流较暖湿,下沉气流较干冷。还研究了边界层对流卷的演变,结果表明当地表热通量增大时,对流会变得非常活跃,对流层发展的高度也会加深。而当地表热通量增大致超过对流卷维持的临界值时,已经无法观察出对流卷的线性特点。利用地表热通量对对流卷形成和消散的敏感性实验模拟结果,分析得出地表热通量改变时,对流卷的组织性和对流的强度发生的相应变化。减小地表热通量时,对流的强度明显减弱。对流卷的组织性较显著。增加地表热通量时,对流的强度增大,对流会变得很不规则,但当地表热通量太大时,已经看不到有组织的对流卷。研究结果表明对流卷的维持需要一定的地表热通量。     

固定汽泡周围的温度场分布

为估计M arangon i对流和自然对流对汽泡周围流场的影响,对加热面朝上和朝下的不同大小和过冷度的汽泡周围温度场进行了测量。通过比较测量所得温度场和带N av ier-S tokes方程的数值模拟结果可知,在完全没有浮升力时,M arangon i流会使得流场呈现一个向下的类似于射流的形状,但有了浮升力,向下的流动会立刻转向上,在加热表面附近形成涡流。即使加热面朝下,这种浮升力引起的自然对流依然影响整个流场,以至于这个系统不能很好地表现在微重力条件下的汽泡周围的流场。     

圆环形腔内凝固问题的热阻法近似解

对圆环表腔内的凝固问题进行研究,得到了热阻法近似解,以及在第三类边界条件下,该近似解的表达式,并用有关实验予以验证,用此公式计算了圆环形腔的性能,得出以下结论：圆环形腔蓄冷量大而蓄瓣最佳关径比为0.15-0.25;Bi数小于10时,增大Bi数才能起到强化凝固传热的作用,因此,用于冷却的表面传热系数应在Bi数小于10的范围内选取。     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失特性实验

通过建立腔式吸热器热损失性能测试实验台,采用电加热的方法,分别在所有壁面加热和只有底面(开口对面)加热2种情况下,探讨倾角和热流密度等参数对一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失的影响,获得自然对流热损失的努塞尔特数Nuc和辐射热损失的努塞尔特数Nur分别与格拉晓夫数Gr、倾角φ、自然对流热损失的热流密度qc或辐射热损失的热流密度qr的实验关联式。结果表明,输入功率不变时,吸热器的自然对流热损失随着φ的增大而减小,导热损失和辐射热损失随φ的增大而增大,但增大的幅度不大;当qc一定时,Nuc随φ的增大而减小,而当qr一定时,φ对Nur的影响很小;并且2种加热情况下的热损失性能存在一定的差异,加热位置对辐射热损失的影响要比对自然对流热损失的影响小。     

Similarity Solution for Convection Heat Transfer Due to Marangoni Flow over a Flat Surface

IntroductionMarangoni convection occurs around vaporbubblesduring nucleation and growth of the vapor bubblesdue to the surface tension variation caused bytemperature and/or concentration variations alongthe bubble surface.Experimental tests andnumerical analyses of nucleate boiling have shownthat the heat transfer due to Marangoni flow canbe significant under microgravity and may also beimportant in earth gravity[1,2 ] .Marangoni inducedflow is also of importance in crystal growth meltswhere t…     

细小竖管内非沸腾气液两相环状流换热特性分析

提出了一种使用竖直细小传热管内高速空气-过冷水环状两相流用于质子交换膜型燃料电池高效冷却的方法．理论模拟结果表明。在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热、液膜蒸发和湿蒸汽吸热。各种因素影响这3部分热量的耦合匹配，使得管内两相流的传热传质特性十分复杂．在管内的前段部分，液膜升温吸收大部分壁面热量。而在大部分区域内，对流蒸发耦合换热是支配性的传热方式。即使在十分高的热流密度条件下，壁温也能够稳定地保持在质子交换膜型燃料电池运行温度以下．探讨了各种流动条件、加热管几何尺寸、壁面热负荷等系统参数对两相流传热传质特性的影响．     

热流密度比对环形窄缝通道内单相水换热特性的影响

对双面加热环形窄缝通道内单相水处于充分发展流动情况下的对流换热特性进行了数值计算．计算结果表明，环形通道内、外壁加热热流密度比的不同，对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响．当内、外壁加热热流密度比较小时，内壁的换热强于外壁，随着内、外壁加热热流密度比的增大，外壁的换热得到增强．但是，当内、外壁加热热流密度比增加到一定程度时，外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性．此外，环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降．     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.