2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、溶質(zhì)毛細(xì)效應(yīng)是合金澆鑄凝固、半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)、焊接及混合工質(zhì)相變傳熱等工業(yè)過(guò)程中不可忽略的重要因素,其與熱毛細(xì)效應(yīng)耦合的應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣闊。為了獲得高質(zhì)量的二元晶體和合金,非常有必要深入研究坩堝內(nèi)溶質(zhì)毛細(xì)力、熱毛細(xì)力和浮力等驅(qū)動(dòng)力的耦合效應(yīng),分析流動(dòng)的基本特性,了解流動(dòng)穩(wěn)定性和失穩(wěn)機(jī)理,探討流動(dòng)過(guò)程的調(diào)控技術(shù)。目前,對(duì)溶質(zhì)毛細(xì)效應(yīng)及其與熱毛細(xì)效應(yīng)耦合的研究較少,且缺乏對(duì)上述兩種毛細(xì)效應(yīng)以及浮力效應(yīng)耦合的定量分析。本文一方面采用數(shù)值模擬和實(shí)

2、驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究環(huán)形液池內(nèi)純?nèi)苜|(zhì)毛細(xì)對(duì)流的基本特性,另一方面,探討溶質(zhì)毛細(xì)力、熱毛細(xì)力及浮力等作用力相互耦合時(shí)流動(dòng)的基本特征,揭示流動(dòng)失穩(wěn)的臨界條件、流型轉(zhuǎn)變規(guī)律及流動(dòng)失穩(wěn)的機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
  (1)采用數(shù)值模擬研究了僅存在徑向溶質(zhì)濃度梯度作用時(shí)環(huán)形液池內(nèi)的純?nèi)苜|(zhì)毛細(xì)對(duì)流,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)溶質(zhì)毛細(xì)雷諾數(shù)較小時(shí),純?nèi)苜|(zhì)毛細(xì)流動(dòng)為軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)流動(dòng),液層內(nèi)部出現(xiàn)嵌在基礎(chǔ)流胞中的小流胞,隨著溶質(zhì)毛細(xì)雷諾數(shù)增加,小流胞數(shù)量增多

3、,液層內(nèi)流動(dòng)增強(qiáng)。當(dāng)溶質(zhì)毛細(xì)雷諾數(shù)超過(guò)臨界值后,軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)流動(dòng)依次轉(zhuǎn)變?yōu)槎S周期振蕩流動(dòng)、駐波及溶質(zhì)流體波(HSW)型式的振蕩流動(dòng)。改變徑向濃度梯度方向后,流動(dòng)穩(wěn)定性增強(qiáng),流型演變序列相同。重力條件下浮力使流動(dòng)增強(qiáng),當(dāng)溶質(zhì)毛細(xì)雷諾數(shù)超過(guò)臨界值較多時(shí),自由表面上濃度波動(dòng)也表現(xiàn)為HSW型式。
  (2)對(duì)徑向溫度和溶質(zhì)濃度梯度共同作用下環(huán)形液池內(nèi)耦合熱-溶質(zhì)毛細(xì)對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,當(dāng)熱毛細(xì)雷諾數(shù)較小時(shí),隨著毛細(xì)力比和熱毛細(xì)雷

4、諾數(shù)的變化,液層中出現(xiàn)三種類型的二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng),分別是沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的單胞流、沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的單胞流、以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的流胞共存的流型。隨著熱毛細(xì)雷諾數(shù)增加,二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)依次轉(zhuǎn)變?yōu)槿S穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、二維或三維周期性振蕩流動(dòng)。當(dāng)毛細(xì)力比從0變化至-1時(shí),兩種流型轉(zhuǎn)變的臨界毛細(xì)雷諾數(shù)均先減小、后增加,而流動(dòng)轉(zhuǎn)變的臨界頻率和臨界波數(shù)也與毛細(xì)力比密切相關(guān)。在計(jì)算的毛細(xì)力比范圍內(nèi),共發(fā)現(xiàn)了兩種三維周期性振蕩流動(dòng),分別為振蕩直條輻型式和行波型式,

5、液層自由表面出現(xiàn)了呈熱流體波(HTW)和溶質(zhì)流體波的溫度和溶質(zhì)濃度波動(dòng)型式。
  (3)對(duì)于毛細(xì)力比為-1的特殊工況,當(dāng)熱毛細(xì)雷諾數(shù)超過(guò)某一臨界值后,靜止無(wú)流動(dòng)狀態(tài)的液層內(nèi)依次出現(xiàn)行波(TW)、徑向行波與靜止波共存(CTSW)、以及振蕩直條輻(VSP)等流型。流動(dòng)為TW時(shí),熱毛細(xì)效應(yīng)與溶質(zhì)效應(yīng)大小相近;隨著熱毛細(xì)雷諾數(shù)增加,熱毛細(xì)效應(yīng)對(duì)流動(dòng)的影響逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。流動(dòng)為CTSW流型時(shí),液層中同時(shí)存在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)區(qū)域與周期振蕩流動(dòng)區(qū)域,

6、流場(chǎng)隨時(shí)間的變化和在空間上的分布都是有序的,而對(duì)VSP流型而言,自由表面流型為有序的“花瓣”狀圖型,在空間分布上有序,但流動(dòng)隨時(shí)間的變化是混亂的。
  (4)對(duì)重力條件下的耦合熱-溶質(zhì)毛細(xì)-浮力對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,當(dāng)熱毛細(xì)雷諾數(shù)較小時(shí),共存在四種二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)結(jié)構(gòu),即沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的單流胞結(jié)構(gòu)、兩個(gè)渦胞左右分布和上下分布的結(jié)構(gòu)、以及沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的單流胞結(jié)構(gòu)。隨著熱毛細(xì)雷諾數(shù)增加,二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)將依次轉(zhuǎn)變?yōu)槿S穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、

7、二維或三維周期性振蕩流動(dòng)。當(dāng)毛細(xì)力比從0變化至-0.8時(shí),二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的第一臨界熱毛細(xì)雷諾數(shù)逐漸增加,而穩(wěn)態(tài)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛哉袷幜鲃?dòng)的第二臨界值先增加、后減小。重力條件下的第一臨界值與零重力條件下的值相差不大,而第二臨界值的相對(duì)大小則與毛細(xì)力比有關(guān)。三維周期性振蕩流動(dòng)型式與毛細(xì)力比有關(guān),在計(jì)算毛細(xì)力比范圍內(nèi),共發(fā)現(xiàn)了振蕩直條輻和沿周向傳播的行波兩種流型,以及熱流體波和溶質(zhì)流體波波動(dòng)型式。
  (5)當(dāng)毛細(xì)力比在-

8、0.3附近時(shí),耦合熱-溶質(zhì)毛細(xì)-浮力對(duì)流出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,時(shí)相關(guān)振蕩流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。當(dāng)毛細(xì)力比為-1時(shí),由于熱浮力和溶質(zhì)浮力不平衡,使得液池中只要有溫差就會(huì)出現(xiàn)二維軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。流動(dòng)失穩(wěn)后將轉(zhuǎn)變?yōu)槎S軸對(duì)稱周期性振蕩流動(dòng),隨著熱毛細(xì)雷諾數(shù)繼續(xù)增大,流動(dòng)會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)轳v波型式的周期性振蕩流動(dòng)。當(dāng)保持熱毛細(xì)雷諾數(shù)不變時(shí),液池內(nèi)流動(dòng)隨深寬比的改變將分別出現(xiàn)周期振蕩、亞臨界非穩(wěn)態(tài)以及三維穩(wěn)態(tài)等流型。
  (6)采用實(shí)驗(yàn)方法研究了環(huán)

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