界面變形的液封液橋內(nèi)熱毛細(xì)—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(yīng)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(zhì)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(nèi)熱毛細(xì)對流仍然不可忽視，熱毛細(xì)一浮力對流成為人們關(guān)注的對象。為削弱熱毛細(xì)對流，近年來發(fā)展起來的液封液橋方法，在抑制熱毛細(xì)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(shù)。因此，本文的研究結(jié)論可直接服務(wù)于浮區(qū)熔體晶體生長，使其具有獨(dú)特的

2、工程應(yīng)用前景。 本文建立了不相溶混的兩層流體熱毛細(xì)－浮力對流的物理模型和數(shù)學(xué)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(nèi)熱對流進(jìn)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(jié)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(guān)。 ②在本文模型中，浮力對流削弱了液封層內(nèi)的熱毛細(xì)對流，減弱了液封對液橋內(nèi)熱毛細(xì)對流的抑制作用。 ③隨著液封層流體厚度的減薄，液橋?qū)恿黧w的熱毛細(xì)對流被大大的削弱，液封層厚度越薄，對液橋?qū)恿黧w熱毛細(xì)對流的抑制越強(qiáng)。 ④隨著液橋縱橫比 Ar 的增