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。     

有限厚度的Marangoni对流边界层问题的解析近似解

讨论了由不同温度介质的界面张力梯度而诱导的有限厚度Marangoni对流的边界层问题.假设界面张力是温度的平方函数,下表面保持恒温,上表面的温度是水平距离的线性函数.通过坐标变换和巧妙引入小参数对速度和温度边界层控制方程组摄动渐进展开,得到了问题的解析近似解.研究了Marangoni数和Prandtl数对速度、温度边界层的影响,对相应的流动特性进行了探讨.     

Heat Transfer Enhancement Due to Marangoni Flow Around Moving Bubbles During Nucleate Boiling

Introduction Nucleate boiling has always been an important heat transfer mechanism in many fields, such as energy utilization, manufacturing processes, and chemical processing and nucleate boiling continues to find new applications in many new areas, such…     

微重力下绕汽柱热毛细对流的渐近分析

用渐近线方法求得了微重力条件下绕汽柱稳态热毛细对流的近似解析解,得到了液体区域的温度场,速度场及界面形状的表达式。通过数值模拟、得到了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律。     

存在温度梯度的竖直壁面Marangoni 凝结换热特性研究

对水-酒精混合蒸气在表面存在温度梯度的竖直壁面上的Marangoni凝结换热特性进行了实验研究,并观测了混合蒸气的凝结形态.实验结果表明:凝结表面不同位置的换热系数不同,温度梯度大的位置凝结换热系数较大;当酒精蒸气的质量分数wv=0.5%,1%时,凝结换热系数随过冷度单调减小;当wv≥2%时,凝结换热系数与过冷度的关系为含有最大值的非线性特性关系;在相同条件下,wv=1%时的凝结换热系数最高,wv=0.5%时的次之,wv≥2%以后,凝结换热系数随酒精含量的升高而减小.与仅由浓度梯度引起的Marangoni凝结相比,本实验中由浓度梯度和温度梯度共同驱动的凝结换热更强.初步的理论分析也表明,凝结表面上的浓度梯度和温度梯度共同作用使水-酒精凝结液表面的表面张力梯度增大,Marangoni对流加强,凝结换热进一步强化.     

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.     

熔池表面Marangoni力诱导的表面速度奇异现象

通过对焊接熔池流体流动与传热过程控制方程组、合金元素气化方程、Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力方程以及其他辅助方程的耦合求解，定量计算了ＦｅＣｒＮｉＳ合金系中具有不同Ｓ含量时焊接熔池的表面温度分布和浮力、电磁力、Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力共同作用下的表面速度分布．结果表明，在微量的Ｓ含量条件下，熔池表面上的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力会出现一个最大值．随Ｓ含量增大，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力减小，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力的最大值对应的温度增大．在Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力诱导下，熔池内会形成两个方向相反的涡流环路，它们具有不同的温度，并在熔池表面上逆向而流，相遇处产生很大的温度梯度，从而在该部位引发表面速度奇异峰值．当Ｓ含量较小时，表面速度奇异峰值发生在液相线前沿，当ｗ（Ｓ）大于０．０３％时，速度奇异性消失．     

均匀电场作用下气泡变形的研究

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像仪拍摄了气泡在不同场强作用下的实验图像,并对气泡脱离壁面时的形态进行了定量分析.实验结果表明,电场作用下气泡沿场强方向伸长,随着场强的升高,气泡的脱离长径比增大,变形量增大.并对气泡界面所受的电应力进行了计算,计算结果显示,气泡变形是由于气泡受到电应力的作用,电应力在赤道方向压缩汽泡,在极轴方向拉伸气泡,使得气泡沿场强方向变细变长.     

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。     

液体表面张力对气泡声散射的影响

气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当的情况下,研究了表面张力对气泡声散射的影响.建立球形气泡表面的速度和压力连续性方程,并在方程中引入气泡受液体表面张力的影响,求出了气泡在对称振动模式下的散射系数及散射声功率,并进一步推导了在多气泡的情况下的等效入射声场.通过数值分析发现,当球形气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当时,球形气泡的半径约为10^-6m,在此情况下,液体表面张力对气泡声散射的影响只在驱动声场的角频率小于10^5rad/s时才能表现出来,并且在多气泡的情况下对等效入射声场的等效声压振幅会产生较大影响.而在驱动声场的角频率大于10^5rad/s的情况下,液体表面张力对气泡的散射系数、散射声功率及等效入射声场声压振幅的影响不明显.对于气泡的声散射问题,气泡受液体表面张力的影响需根据所研究的具体问题进行取舍.     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

汽泡周围温度场的观测

本文利用光测技术的新发展，针对流动核态沸腾中汽泡温度场观测的一系列难点．提出了解决的力案，并成功地观测厂汽泡温度场，这为研究性态流动沸腾的机理打下了基础．     

Nonlinear Bubbling and Micro-Convection at a Submerged Orifice

IntroductionThe behavior of bubbles,especially theirformation,interaction and coalescence,are of keyimportance in such fields as gas- liquid contact,gas- liquid separation,bubble absorption,bubblecolumns,fermentation,cavitations,etc. Theinduced fluid moti…     

水平平板上蒸发液滴内部流动的数值研究

提出了水平平板上自然蒸发的挥发性液体液滴，在传热产生的表面张力梯度作用下 液滴内部二维轴对称流动的简化数学模型。导出了控制液滴内部流动的参数是比渥数Ｂｉ 和马拉哥尼数Ｍａ。并用涡量－流函数数值计算方法求解了液滴内部流动的流场和温 度分布。发现随着Ｂｉ数和Ｍａ数的不断增大，液滴内部流动将由一致方向的回转流 动分化为多个细胞流结构，本文还对产生细胞流结构的机理、条件和特点作了详尽分 析。     

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。     

高温球体与水的沸腾传热特性研究

为研究高温流体与水的传热特性,采用理论分析与自由界面追踪数值技术对高温球体表面的沸腾传热过程进行研究,得到球体表面传热特性的变化规律. 分析结果表明,当球体温度不变时,蒸气膜层厚度自前滞点往后逐渐增大,膜层内温度呈非线性分布降低,速率呈抛物型分布. 当球体温度提高时蒸气膜层厚度变大,相应的蒸气速率峰值也变大,球面传热系数却变小. 数值仿真结果显示了气-液界面上不稳定性波动发展和气泡成长过程,较为真实地反映出沸腾传热的动态过程.      

界面湍动对湿壁塔液相传质系数的影响

选用乙醚的低浓度水溶液为研究对象，在湿壁塔中液相层流流动状态下，考察乙醚解吸过程中传质系数与Marangoni数之间的变化．实验结果表明当平行于界面的表面张力差超过临界值后，Marangoni界面湍动效应将发生，随之导致传质系数较之只依赖扩散传质时增大，并且传质效果的强化程度同Marangoni界面湍动的强度有关．进一步的实验数据拟合结果表明传质增强因子F同Ma数之间符合幂函数关系，结果有助于利用Marangoni界面湍动增强传质效果．     

表面蒸发对环形液池内稳态热毛细对流的影响

为了解表面蒸发对环形液池内热毛细对流的影响,对4℃冷水在其纯蒸汽环境中蒸发时的热毛细对流进行了数值模拟。结果表明,表面蒸发质量通量与液池内热毛细对流相互耦合,随着蒸发Biot数的增加,表面温度降低,热壁附近蒸发质量通量增大,但冷壁附近蒸发质量通量与Marangoni数密切相关;当Marangoni数较小时,蒸发界面无因次总蒸发质量随蒸发Biot数的增加而增大,当Marangoni数较大时,总蒸发质量随蒸发Biot数先增大、后减小;随着液池深宽比和半径比的增加,流动增强,总蒸发质量也增加。     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析．认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时,在流速达到一定值后,如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样,两者换热系数大致相当,且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足保证核态沸腾正常进行所必须的下限等,那么就构成了地面模拟的条件．     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.