利用等熱流密度加熱條件下降膜流動(dòng)的三維模型方程進(jìn)行線性穩(wěn)定性分析和數(shù)值模擬。線性穩(wěn)定性分析表明,模型方程在小到中等Reynolds數(shù)下都適用,并且流向不穩(wěn)定性增長率隨著Reynolds數(shù)和Marangoni數(shù)增加而增加,展向不穩(wěn)定性增長率則隨著Marangoni數(shù)增加而增加,隨著Reynolds數(shù)增加而減小,流向和展向?qū)_動(dòng)波數(shù)都存在一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)間。三維數(shù)值模擬表明,在等熱流密度加熱條件下,液膜在隨機(jī)擾動(dòng)的情況下最終會形成帶孤立波的三維溪流狀結(jié)構(gòu),液膜與氣體的換熱也因溪流狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)而加強(qiáng);在隨機(jī)擾動(dòng)的基礎(chǔ)上引入占優(yōu)勢地位的展向最不穩(wěn)定擾動(dòng)會使得換熱增強(qiáng),液膜會提前破裂;在隨機(jī)擾動(dòng)的基礎(chǔ)上引入占優(yōu)勢地位的流向最不穩(wěn)定擾動(dòng)時(shí),液膜的換熱會增強(qiáng),但不會提前破裂;在隨機(jī)擾動(dòng)的基礎(chǔ)上同時(shí)引入占優(yōu)勢地位的流向和展向最不穩(wěn)定擾動(dòng)時(shí),換熱會加強(qiáng)且液膜會提前破裂。 

【文章來源】：計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,36(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖１下降液膜Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｏｆｆａｌｌｉｎｇｌｉｑｕｉｄｆｉｌｍ

＝ＡｓＡｗ〈θ〉θＮ＝Ａ＊〈θ〉［Ｂ＋Ｂｗ（１＋Ｂ）］（１７）Ａ＊為波動(dòng)液膜表面積與Ｎｕｓｓｅｌｔ解狀態(tài)下的液膜表面積之比，〈θ〉為波動(dòng)液膜表面的平均溫度。因此，可以用ＥＨＴ描述液膜在演化過程中的換熱變化。４．１隨機(jī)擾動(dòng)對于隨機(jī)擾動(dòng)，取計(jì)算區(qū)域?yàn)椋蹋剑玻睿校耄ǎ睿剑福�，Ｌｚ＝２ｎｚπ／ｋｚ（ｎｚ＝８），以包含足夠�(qū)挼牟〝?shù)區(qū)間，允許不同波長的波相互作用。圖５為液膜在不同時(shí)刻的演化。其中，橫向?yàn)檎瓜�，縱向?yàn)榱飨�，括號�?nèi)是液膜厚度的極值。計(jì)算參數(shù)為Ｒｅ＝１．２５，Γ＝３３７５，β＝π／２，Ｐｒ＝７，Ｂｉ＝０．１２，Ｂｉｗ＝０．６，Ｍａ＝２０。計(jì)算區(qū)域?yàn)椋玻睿校耄?#215;２ｎｚπ／ｋｚ，其中ｎｘ＝ｎｚ＝８，ｋｘ＝０．３８９１，ｋｚ＝０．３８９１，Ａｘ＝０，Ａｚ＝０，Ａｎｏｉｓｅ＝０．００１，網(wǎng)格總數(shù)為１２８×１２８。在初始階段，隨機(jī)擾動(dòng)因?yàn)樗畡?dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性和Ｍａｒａｎｇｏｎｉ不穩(wěn)定性而增長，經(jīng)過一段時(shí)間演化，出現(xiàn)了與展向近似平行的魚鱗波紋，如圖５（ａ）所示。在這個(gè)階段，水動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性是主導(dǎo)性的，流動(dòng)的發(fā)展與無加熱情況下非常相似。在第二階段，魚鱗狀波紋因?yàn)樗畡?dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性與展向Ｍａｒａｎｇｏｎｉ不穩(wěn)定性的互相競爭而逐漸斷裂和合并，如圖５（ｂ）所示。經(jīng)過一段時(shí)間演化，波紋逐漸平行于流動(dòng)方向，如圖５（ｃ，ｄ）所示。在第三

５（ｃ，ｄ）所示。在第三階段，因?yàn)檎瓜驔]有平均流，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效應(yīng)逐漸地堆積流體，形成溪流結(jié)構(gòu)，溪流結(jié)構(gòu)的幅度持續(xù)增長，如圖５（ｅ）所示。在第四階段，當(dāng)其幅度增長到足夠大時(shí)，溪流結(jié)構(gòu)再次對流向擾動(dòng)不穩(wěn)定，如圖５（ｆ）所示。隨著時(shí)間演化，這些不穩(wěn)定波逐漸增長為三維孤立波，這些孤立波有較大的波幅和速度，其主峰前面有一些毛細(xì)波紋。ＨＦ條件下液膜演化的過程與ＳＴ條件下液膜演化過程［１５］十分相似。圖６的計(jì)算參數(shù)同圖５。從圖６可以看出，在ｔ＝３６００之后，Ｅｚ快速增加而Ｅｘ逐漸減小，反映了三維溪流結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和流向波的消失，此時(shí)ＥＨＴ的值迅速增加，表明換熱在短時(shí)間內(nèi)迅速加強(qiáng)；同時(shí)，Ａ＊的值也迅速增加，表明主要是由于液膜的表面積變大導(dǎo)致?lián)Q熱面積增加，進(jìn)而引起了換熱加強(qiáng)；圖５隨機(jī)擾動(dòng)下液膜的演化Ｆｉｇ．５ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｌｍｕｎｄｅｒｒａｎｄｏｍｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＲＭ圖６變形能和換熱變化Ｆｉｇ．６Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｉｅｓａｎｄｃｈａｎｇｅｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ４８１計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)第３６卷


本文編號：3145718