發(fā)布時(shí)間：2017-09-26 12:24

  本文關(guān)鍵詞：雙向溫差作用下矩形淺液池內(nèi)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流研究

  更多相關(guān)文章： Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流 垂直熱流 水平溫度梯度 熱流體波 矩形淺液池

【摘要】：自然對(duì)流廣泛存在于自然界和社會(huì)生活當(dāng)中。流體內(nèi)部溫度梯度引起密度差異形成的浮力對(duì)流,以及表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的熱毛細(xì)對(duì)流或者M(jìn)arangoni對(duì)流都屬于自然對(duì)流。本課題研究的是表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的熱對(duì)流,其主要形式有兩種,當(dāng)溫度梯度方向平行于自由表面時(shí),稱之為熱毛細(xì)對(duì)流;當(dāng)溫度梯度方向垂直于自由表面時(shí),稱之為Marangoni對(duì)流。近年來,學(xué)者們分別針對(duì)這兩種熱對(duì)流展開了豐富的研究,而在自然界和實(shí)際工業(yè)中,雙向溫差耦合作用下的Mrangoni-熱毛細(xì)對(duì)流廣泛存在,相比于單向溫差作用時(shí),流動(dòng)更為復(fù)雜。因此,本課題以有限容積法為基礎(chǔ),建立了雙向溫差耦合作用下矩形淺液池的物理模型和數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值模擬對(duì)液池內(nèi)的Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流展開研究,分別討論了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)情況下流體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài),獲得了不同工況下流體內(nèi)的溫度場和速度場,分析了各種流型結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律,討論了水平溫差(Ma數(shù))、底部垂直熱流(Q)以及自由表面換熱條件(Bi數(shù))對(duì)矩形淺液池內(nèi)流動(dòng)的影響等,主要結(jié)論如下:第一,Ma數(shù)和Q均會(huì)影響流動(dòng)的形態(tài),當(dāng)Ma數(shù)較小時(shí)且Q=0,流動(dòng)處于二維穩(wěn)態(tài)流動(dòng),隨著垂直熱流Q增大,液池內(nèi)流動(dòng)由單胞流演變?yōu)殡p胞流;當(dāng)流動(dòng)處于流向相反的雙胞流態(tài)時(shí),隨著Ma數(shù)增大,熱壁側(cè)逆時(shí)針流胞強(qiáng)度減弱、收縮,而冷壁側(cè)流胞強(qiáng)度增強(qiáng)、延伸,最終變成單胞流動(dòng)。Ma數(shù)和Q的增大均會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)的失穩(wěn),且波動(dòng)頻率隨Ma數(shù)和Q均增大,變化曲線有一定的差別,而Bi數(shù)的增大,卻會(huì)抑制流動(dòng)的失穩(wěn)。第二,當(dāng)Ma數(shù)很小,QQcr且Q較小時(shí),形成以冷壁中心為源點(diǎn)向熱壁傳播的兩組對(duì)稱分布的雙列熱流體波。隨著垂直熱流Q增大,冷壁上的波源先向后壁側(cè)移動(dòng),再向前壁側(cè)移動(dòng),當(dāng)Q足夠大時(shí),熱壁側(cè)形成兩組對(duì)稱分布的雙列熱流體波,與冷壁側(cè)熱流體波共存。第三,當(dāng)Ma數(shù)較大,QQcr且Q較小時(shí),形成以冷壁中心為源點(diǎn)向熱壁傳播的兩組對(duì)稱分布的雙列熱流體波。隨著垂直熱流Q增大,冷壁上的波源始終保持在冷壁中心處,液池內(nèi)波動(dòng)紊亂而熱壁側(cè)未形成波動(dòng)。第四,當(dāng)MaMacr且Q=0時(shí),熱壁附近呈雙列斜波,隨著垂直熱流Q的增大,熱壁側(cè)熱流體波消失而冷壁側(cè)出現(xiàn)兩組對(duì)稱分布的雙列熱流體波,且其波源始終保持在冷壁中心處。
【關(guān)鍵詞】：Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流 垂直熱流 水平溫度梯度 熱流體波 矩形淺液池
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符號(hào)表8-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-18
• 1.2.1 Marangoni對(duì)流研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 熱毛細(xì)對(duì)流研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.3 耦合Marangoni對(duì)流與熱毛細(xì)對(duì)流的研究17-18
• 1.3 課題的研究目的及研究內(nèi)容18-19
• 2 物理數(shù)學(xué)模型19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 物理模型19-20
• 2.3 控制方程及定解條件20-23
• 2.3.1 控制方程20
• 2.3.2 定解條件20-21
• 2.3.3 控制方程及定解條件的無量綱化21-23
• 2.4 計(jì)算工況23
• 2.5 模擬方法23-25
• 2.5.1 軟件簡介23
• 2.5.2 數(shù)值方法及網(wǎng)格驗(yàn)證23-25
• 3 雙向溫差作用下矩形淺液池內(nèi)的Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流25-53
• 3.1 穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流25-35
• 3.1.1 垂直熱流密度對(duì)穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的影響25-30
• 3.1.2 水平方向溫度梯度對(duì)穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的影響30-34
• 3.1.3 小結(jié)34-35
• 3.2 非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流35-53
• 3.2.1 自由表面非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的波動(dòng)形態(tài)36-40
• 3.2.2 豎直截面上非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的波動(dòng)形態(tài)40-44
• 3.2.3 非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流不同流態(tài)的波動(dòng)特性44-47
• 3.2.4 Bi數(shù)對(duì)非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的影響47-49
• 3.2.5 非穩(wěn)態(tài)Marangoni-熱毛細(xì)對(duì)流的頻譜分析49-52
• 3.2.6 小結(jié)52-53
• 4 結(jié)論53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 附錄61
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文61
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目61

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