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。     

双层同轴液柱热毛细对流问题的渐近解及数值模拟

建立了描述两不相溶混的同轴液柱热毛细对流的数学模型，用渐近线方法求得了内、外层流体主流区速度场、温度场的表达式。通过轴向加热的数值模拟发现适当选择有关参数，可使内层流体的运动削弱９０％以上。     

气泡热毛细迁移的空间实验研究

分析了搭载于中国第 22颗返回式卫星上气泡热毛细迁移的实验结果. 考虑到液池上部存在未被排出的气泡, 首先通过 6 个测温点的温度数据, 并结合数值模拟的方法对温度场进行了修正. 单个气泡热毛细迁移的数据显示本次实验的Ma数范围达到98.04～9288, 极大地扩展了国际上实验获得的Ma数的上限. 并获得多组双气泡迁移相互作用位移、速度曲线. 通过分析双气泡热毛细迁移时相互影响的实验结果, 证实了热毛细迁移中小气泡被大气泡超越时会引起小气泡迁移速度的降低, 在两气泡半径比比较大的情况下, 小泡迁移可能会出现短暂的停滞.     

磁场对氧化物熔体中振荡态热毛细对流的抑制作用研究

利用高温熔体实时观察装置观察并研究了外加横向磁场对NaBi(WO₄)₂熔体中振荡态热毛细对流的影响. 当施加60 mt横向磁场时, 振荡态对流的振幅和频率均显著减小, 并且小温度梯度下的振荡态对流在磁场作用下趋于稳定. 这种磁场对振荡态对流的抑制效应可以归结为熔体中运动离子和磁场之间Lorentz力的作用. 对高温氧化物中离子电导率进行了测量, 固体中离子电导率随温度升高而增大, 而熔体的离子电导率约为2.0×10^−4·Ω^−1·cm^−1. 这表明熔体中存在一定数量的带电离子, 外加磁场对这些运动离子施加的Lorentz力使对流有序化, 从而抑制了熔体中的振荡态对流.     

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。     

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。     

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.     

界面动力学对微重力下溶液法晶体生长的生长界面和溶解界面稳定性的影响

用一个二维的数学模型研究微重力条件下溶液法晶体生长的晶体生长界面和溶解界面的稳定性以及界面动力学对界面稳定性的影响.研究表明,不管是否考虑界面动力学效应都存在稳定的晶体生长界面和溶解界面,其形状都是上部适当后倾的适当形状的曲面.计算了在各种情况下晶体生长稳定界面和溶解稳定界面的形状.界面动力学使晶体生长稳定界面的倾斜度变小,使溶解稳定界面的倾斜度略微变小.     

微重力环境下横向旋转磁场对热表面张力流的影响

微重力环境下外加磁场可以有效地控制浮区法晶体生长中的热表面张力流,从而提高半导体晶体生长的质量。在比较相同强度（7 mT）的横向静态磁场与横向旋转磁场对热表面张力流影响的基础上,研究了外加横向旋转磁场（旋转频率50 Hz）对三维半浮区熔体热表面张力流的控制。结果表明：横向旋转磁场对熔体产生周向搅拌作用和轴向抑制作用,其有助于三维热表面张力流转变为二维轴对称流动。浮区法晶体生长中,横向旋转磁场是一种比较理想的熔体对流控制方法。     

微重力下坩埚内熔体的对流分析

以18英寸坩埚(6英寸单晶炉)为研究对象,利用有限元分析法,选用RNG k-e湍流模型,对不同液面高度下坩埚内熔体的自然对流进行二维模拟分析;在熔体空间内引入横向磁场(微重力环境下)模拟分析其对熔体对流的影响,同时对引入的横向磁场强度进行优化.结果表明,随着液面高度的下降,熔体对流逐渐变弱,液面高度从230 mm下降到140 mm时,平均流速下降了近3/4;引入横向磁场后熔体对流能够得到有效地抑制,当磁感应强度在0.4T到0.8T之间时,磁场对熔体的对流抑制作用最为明显.     

微重力和模拟微重力对植物生长发育的影响

综述了目前有关采用空间飞行器及地基模拟回旋器在研究微重力和模拟微重力条件影响植物个体生长发育方面的研究进展，着重讨论了微重力和模拟微重力对植物内在生理生化特性的变化的影响，研究表明植物对微重力的应激反应首先是引起细胞内钙分布、浓度发生变化，并又以钙作为第二信使介导相关酶活性发生变化。指出今后的研究应着重于相关基因的差异表达及微重力改善陈种萌发活力、次生代谢产物积累、原生质融合等方面的机理及应用模式研究。     

面向对象的三维对流扩散问题有限元程序设计

根据三维对流扩散问题的有限元分析,采用面向对象的程序设计语言C ,建立向量类、矩阵类、单元类、结点类、材料类和有限元方法类等,实现三维对流扩散问题的有限元分析程序开发,对相关的对流扩散问题进行数值模拟.结果表明与用结构化语言开发的传统有限元程序相比,程序更易重用、维护、扩充,并且可以融入用C 编制的大型通用有限元科学和工程计算软件.     

薄层液膜毛细对流换热问题初探

本文讨论了水平流道上薄层液膜的热毛细对流换热问题;在列维奇的热毛细对流模型基础上,考虑了液膜厚度方向的温度梯度;分析了线性流动模型和回流流动模型。采用有限差分法对薄膜内的流动特性和通过液膜热量传递的强弱进行了定量分析,预测了液膜流动与换热强弱之间的依赖关系,求得了无量纲数M(=Re·Pr)与毕渥数B_i和壁面温度梯度之间的变化关系。通过对无水乙醇进行的实验测定,测得了液膜表面流动速度与液膜温度梯度之间的关系。实验结果与数值预测基本一致,偏差值约20%。     

热辐射和绕组绝缘纸对自然对流下的变压器温度影响

为考虑在实际中热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响,文中以 1台SSZ20-63000/110的油浸式变压器为原型,建立了包含垫圈、绝缘纸筒、压板、绕组绝缘纸和黑体热辐射的变压器热点温升物理计算模型,通过一种基于有限元的方法研究了热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响。结果表明：在自然对流情况下,热辐射会使得绕组的热点温度和温升值发生小幅度升高,而绕组表层绝缘纸使得绕组的热点温度和温升值大幅度升高;热辐射不会影响热点的位置分布,而绕组绝缘纸会使热点位置发生下移;虽然热辐射对绕组的热点温度影响较小,但是和绕组绝缘纸一起考虑时影响较大。可见仿真计算时最好不要忽略热辐射和绕组绝缘层,否则与实际值相差过大。     

对流扩散问题的特征-有限体积法及其误差估计

将有限体积元法与特征方向法结合起来,针对对流占优的扩散方程构造了全离散的特征-有限体积元格式,并进行了理论分析,得到了近似解与原问题真解的H1模误差估计,并给出数值算例.     

二维非定常自然对流问题的特征—有限元算法

本文给出了方腔中二维自然对流问题的特征—有限元算法，由于对流项沿特征线离散，既保证了计算格式的无条件稳定性，又可以使用较大的时间步长，并且求解微分方程组时，在总体上实行迭代，一定程度上提高了计算精度     

液封层Marangoni数对液桥内热毛细对流的影响

建立了具有液封的液桥(不相溶混的双层同轴液柱)内的Marangoni对流的物理模型和数学模型.采用涡量-流函数法用有限差分格式对微重力条件下具有液封的液桥内Marangoni对流进行了数值模拟,得到了双层液柱主流区的温度场和流场,找出了液封层流体Ma数对具有液封的液桥内的Marangoni对流的作用规律.