界面變形的液封液橋內熱毛細—浮力對流的數(shù)值模擬.pdf

1、浮區(qū)法是晶體材料制備中廣泛應用的一種方法，在微重力條件下，表面張力梯度引起的對流成為影響材料品質的突出因素，因而成為重要的研究課題。近期研究發(fā)現(xiàn)，在常重力環(huán)境中，液橋內熱毛細對流仍然不可忽視，熱毛細一浮力對流成為人們關注的對象。為削弱熱毛細對流，近年來發(fā)展起來的液封液橋方法，在抑制熱毛細對流方面頗具魅力。本文研究的不相溶混的雙層同軸液柱模型即來源于浮區(qū)熔體晶體生長液封技術。因此，本文的研究結論可直接服務于浮區(qū)熔體晶體生長，使其具有獨特的

2、工程應用前景。 本文建立了不相溶混的兩層流體熱毛細－浮力對流的物理模型和數(shù)學模型，采用四階龍格－庫塔(Runge－Kutta)法求解楊－拉普拉斯方程，得到了液封自由表面及液－液界面的形狀。采用原始變量法，利用有限容積法對常重力條件下界面變形的液封液橋內熱對流進行了數(shù)值模擬，模擬液橋流體為氟化物FC-70，液封流體為2cSt硅油。得到了雙層流體主流區(qū)的溫度場、流場分布和液橋縱橫比、液封層厚度以及無量綱參數(shù)Marangoni數(shù)、Gr

3、ashof數(shù)對熱對流的影響規(guī)律。結果表明： ①在常重力環(huán)境下，液封自由表面及液－液界面產(chǎn)生了變形，不再是簡單的圓柱形。其變形程度與液封液橋幾何尺寸及流體的物性參數(shù)有關。 ②在本文模型中，浮力對流削弱了液封層內的熱毛細對流，減弱了液封對液橋內熱毛細對流的抑制作用。 ③隨著液封層流體厚度的減薄，液橋層流體的熱毛細對流被大大的削弱，液封層厚度越薄，對液橋層流體熱毛細對流的抑制越強。 ④隨著液橋縱橫比 Ar 的增