磁場對雙層流體熱毛細對流的影響.pdf

1、由于雙層流體交界面上溫度分布不均勻導致表面張力梯度的存在，從而驅動流體流動形成熱毛細對流，也稱為Marangoni對流。這一對流可能導致許多不期望的結果，如晶體生長的不均勻性。磁場與導電流體相互作用，在流體內部產生洛侖茲體積力，因此，通過外部磁場來非接觸性地控制流體流動是一種有效的方法。本文建立了磁場作用下，水平溫度梯度驅動的雙層流體熱毛細對流的物理模型和數學模型，采用有限容積法對零重力條件下的熱毛細對流進行了數值模擬。結果證實了外加磁

2、場能夠削弱上下層流體中的熱毛細對流，減弱熱流體波的不穩(wěn)定性。 為了調查雙層流體系統(tǒng)中熱毛細對流的流動特性，本文開展了以下幾方面的研究： 首先，數值研究了不同方向均勻磁場對雙層流體熱毛細對流發(fā)展的影響，總結了磁場對熱毛細對流發(fā)展的影響規(guī)律。在下層流體熱毛細對流的發(fā)展中，施加y、z方向磁場可以起到延緩其對流的發(fā)展的作用，但施加x方向磁場卻加速了其發(fā)展。不同方向的磁場均能減小熱毛細對流的對流強度，因此，加x、y和z方向磁場均能

3、夠延緩上層流體中的熱毛細對流的發(fā)展。其中，z方向磁場對熱毛細對流的抑制作用最強，x方向次之，y方向磁場的抑制作用最弱。此外，當z方向的磁場強度Bz大于0.15T時，磁場能夠對熱毛細對流產生足夠強的抑制作用。 其次，數值研究了不同大小和方向的均勻磁場對熱流體波不穩(wěn)定性的影響，得出了外部磁場對熱流體波不穩(wěn)定性振蕩周期、溫度波動振幅的影響規(guī)律。施加x方向磁場時，隨Hartmann數的增大，振蕩周期逐漸增大，而振幅是先略微增大后逐漸減小

4、；施加y方向磁場的振蕩周期隨Hartmann數先略微減小后逐漸增大，而振幅隨Hartmann數的增加又略微增大后逐漸減?。皇┘觶方向的磁場時，振蕩周期和振幅隨Hartmann數的增加分別增大和減小。通過比較發(fā)現，z方向磁場對熱流體波不穩(wěn)定性的抑制效果最好，y方向次之，x方向磁場抑制效果最差。 最后，數值研究了水平和垂直方向磁場對熱毛細對流自由表面變化的影響，結果顯示，磁場能夠延緩和抑制自由表面的變形，其變形率隨著磁場的增強逐漸減