线性稳定性分析旋转环形池硅熔体浮力-热毛细对流的稳定性

摘要

为了理解系统旋转对浮力-热毛细对流稳定性的影响，采用数值模拟和线性稳定性分析研究了内半径20 mm、外半径40 mm、1 mm和5 mm 深、外侧壁受热的环形池内硅熔体在旋转、浮力、热毛细力共同驱动下的对流及其不稳定现象。发现随液池旋转速度的增加，离心力增强并削弱了浮力-热毛细对流基本流动；转速小于0.31rad/s 时，周向速度随旋转速度的增加而增加，超过0.31rad/s 后则逐渐减小。总体而言，两种深度液层的临界Marangoni 数(或临界温差Δ Tc)均随转速的增加而增加，旋转使轴对称浮力-热毛细对流更加稳定。转速较低时，波纹的传播方向与液池的旋转方向相同，反之，则与液池的旋转方向相反。5 mm 深时，浮力使波纹集中在温度较高的外壁附近；随着转速的增加，波纹逐渐变弱变小，局限于液层中部的一个小区域。