垂直傳熱對(duì)矩形液池內(nèi)熱毛細(xì)對(duì)流的影響.pdf

1、水平溫度梯度和垂直溫度梯度聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的熱毛細(xì)對(duì)流過(guò)程廣泛存在于晶體生長(zhǎng)、薄膜制備、涂料涂漆等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，然而，目前對(duì)于有垂直傳熱的水平液層內(nèi)熱毛細(xì)對(duì)流特性的了解還很少，所以，研究液池內(nèi)垂直傳熱對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流過(guò)程的影響，確定流動(dòng)由穩(wěn)態(tài)向振蕩流動(dòng)轉(zhuǎn)變的臨界條件，分析各種流型之間轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制，不僅可以豐富熱毛細(xì)對(duì)流理論，而且可以為改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程提供理論依據(jù)，因此，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文建立了考慮液池底部加熱、自由表面

2、散熱的水平液層內(nèi)熱毛細(xì)對(duì)流的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了系統(tǒng)的二維和三維數(shù)值模擬，得到了液層內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，分析了液池寬深比、底部熱流密度、Marangoni（Ma）數(shù)和Biot（Bi）數(shù)等參數(shù)對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流的影響，弄清了穩(wěn)態(tài)和振蕩熱毛細(xì)對(duì)流的基本特性。
　　 結(jié)果表明，（1）當(dāng)側(cè)壁溫差不大時(shí)，流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，隨著底部加熱熱流密度的增大，矩形液池內(nèi)的流動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)方向相反的非對(duì)稱雙胞流動(dòng)，流型轉(zhuǎn)化的臨界熱流密度隨Ma數(shù)和Bi數(shù)

3、的增加而增大。（2）較小的熱流密度對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流有抑制作用，而當(dāng)熱流密度增加到一定值時(shí)，最高溫度會(huì)出現(xiàn)在液池內(nèi)部，其值會(huì)隨Ma數(shù)的增大而減小，隨寬深比的增大而增大。當(dāng)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反的非對(duì)稱雙胞流動(dòng)時(shí)，熱壁附近的流胞會(huì)隨著寬深比的增大而擴(kuò)展、延伸，隨Ma數(shù)的增大而后退、收縮。（3）當(dāng)Ma數(shù)較大時(shí)，流動(dòng)會(huì)由穩(wěn)態(tài)多胞流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幜鲃?dòng)，即熱流體波，其波長(zhǎng)隨Ma數(shù)的增大而增大，波速和頻率則隨Ma數(shù)的增大而減小。在淺池中，流動(dòng)轉(zhuǎn)變的臨界Ma數(shù)隨熱