Marangoni对流数值模拟

通过对有机溶液在水表面溶解引发的Marangoni对流进行数值计算,表明表面张力变化导致的Marangoni对流在临近界面区域具有显著的强度和速度梯度,但在液相主体区域流速较低,模拟得到的最大表面速度数值及表面速度分布符合文献报道同条件下的实验结果.根据数值模拟得到的流场结果分析表明,Marangoni对流只是在近界面区域有着较高的界面流速,Marangoni对流对传质的影响主要是加速了表面更新,导致了较高的传质速率.     

正庚烷-丙酮混合物蒸发过程中的Marangoni对流

<正>庚烷-丙酮二元混合物在蒸发过程中由于蒸发热效应,导致界面温度下降,可引发Marangoni对流.通过点光源投影法观察Marangoni对流在此二元混合物蒸发过程中的演变过程,并结合流体体积模型和连续表面张力模型,对此传质过程中出现的Marangoni对流进行了数值计算,获取了速度场、浓度场及温度场信息,以及Marangoni对流对传质产生显著影响的起始时间.结果表明,传质过程伴随的热效应可引发Marangoni对流,并对传质有着重要影响.     

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。     

低渗透均质油层超低界面张力体系驱替毛管数的研究

针对经典毛管数理论在低渗透油层超低界面张力体系驱替中应用的局限性,在考虑低渗透油层水驱油渗流速度、超低界面张力对油水相对渗透率影响的条件下,给出了毛管数的修正公式;依据均质低渗透岩心超低界面张力体系驱油实验数据绘制了化学驱采收率与毛管数的关系曲线,提出了超低界面张力体系驱替条件下应用毛管数的注意事项,指出了用超低界面张力体系提高水驱低渗透油层采收率的合理途径.     

表面活性剂对气体水合物界面张力的影响

表面活性剂能够减小液体的表面张力以及两相液体间的界面张力,界面张力的减小有利于促进气体水合物快速形成和提高水合物储气能力.为定量研究两相液体间界面张力对气体水合物形成的影响,用界面张力仪实测不同温度时蒸馏水、HCFC-141b的表面张力以及HCFC-141b/蒸馏水、HCFC-141b/十二烷基硫酸钠溶液(0.247%)、HCFC-141b/十二烷基磺酸钠溶液(0.245%)、HCFC-141b/十二烷基苯磺酸钠溶液(0.057 6%)的界面张力,测试结果表明,表面活性剂对降低两相液体间界面张力的作用十分明显,其中十二烷基苯磺酸钠溶液对降低界面张力最为突出,降到HCFC-141b/蒸馏水界面张力值的9%左右,为定量研究气体水合物等优选表面活性剂提供了科学的依据.     

凝析油气相渗函数分析评价

实验证明低界面张力的凝析油气体系相对渗透率受界面张力、速度、粘滞力的影响,它与饱和度的关系不能只进行界面张力校正。目前国外提出的改进相渗函数方法很多,总结了现有的函数,对它们进行结构分析并评价了两大类方法各自的优缺点。用阻尼非线性最小二乘拟合法结合实验数据,对诸方法进行了总体拟合效果评价和预测效果评价,推荐出目前最好的方法。指出函数存在的问题和解决问题的方向。     

变形影响下液滴热毛细迁移运动的瞬态行为

该文研究了在变形影响下的液滴热毛细迁移运动的瞬态行为.研究采波前追踪法描述可变形液滴的运动界面,整个控制方程使用有限差分法进行离散求解.随着液滴向高温区域迁移,液滴界面上平均界面张力不断减小,导致液滴变形不断增大.为此我们引入了一个实时毛细数以描述迁移过程中液滴在不同温度下的界面张力大小.研究发现随着液滴变形不断增大,密度小于/大于母液密度的液滴迁移速度会持续降低/增加.     

采用Cattaneo-Christov热通量模型的Casson流体流动研究

研究Casson流体作磁流体(MHD)流动与传热现象.能量方程采用Cattaneo-Christov热通量模型,并用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程.通过打靶法,结合龙格库塔法和牛顿迭代法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度分布、表面摩擦系数及局部Nusselt数的影响.结果显示,随着Casson参数或Hartmann数的增大,速度下降而温度增加;与采用经典的傅立叶热传导定律相比,采用Cattaneo-Christov热通量模型得到的温度和边界层厚度均比较低.     

Marangoni效应对降膜流动影响的模拟研究

采用计算流体力学的方法,提出了1个三维模型来研究竖直板上受热和受冷降膜的Marangoni效应对降膜流动的影响,得到了液膜表面温度、速度、涡量以及润湿面积比等参数随时间变化关系.模拟结果表明,液膜受冷其润湿面积增大,受热收缩.Marangoni效应在液膜的水平方向表现得更加明显,受热液膜径向修正Marangoni数为轴向修正Marangoni数的8倍.受热液膜表面波动加强,边缘处涡量增大,而液膜主体流向速度由于受到液膜收缩的影响也增大.     

温度与表面活性剂协同作用下的特超稠油油水固界面行为分析

温度与表面活性剂都是影响稠油油水固流变性的重要因素;但目前针对稠油的流动性改善研究一直停留在以采收率增加量衡量流变效果的层面,忽略了从界面行为变化的角度上分析增强流动性的机理。针对以上问题设计了一系列测量不同因素对流变性、界面张力及接触角的影响试验,探究了温度与表面活性剂协同作用下是否会对改质降黏过程产生增效影响。结果表明稠油对温度敏感性较高,且升高温度与加入表面活性剂都可降低界面张力、改变润湿性、提高流动性。研究还发现,当二者协同作用时会比单一因素影响获得更好的降黏效果。     

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…     

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。     

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.     

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.     

流体动力粘度对液封液桥内Marangoni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,找出了内、外层流体动力粘度之比对双层同轴液柱内的热毛细对流的作用规律.     

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。     

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．     

Marangoni效应与降膜传递过程

Marangoni效应在降膜传热、传质过程中广泛存在，并对这些过程有着显著影响。人们对Marangoni效应进行过大量的理论和实验研究。初步总结了近年来关于Marangoni效应的研究工作，并对其中的热点问题进行分析，进而展望了未来关于Marangoni效应的研究趋势。