微重力下单层液柱和双层同轴液柱内热毛细对流的研究及数值模拟

摘要

该文研究的单层液柱和不相溶混的双层同轴液柱模型分别来源于浮区熔体晶体生长技术和液封技术.该文主要包括以下三方面的内容:1.建立了单层液柱(液桥)内热毛细对流的物理模型和数学模型.采用涡量-流函数法用有限差分格式对微重力条件下液桥内热毛细对流进行了数值模拟,得到了液体区域温度场、流场的分布及其与无量纲参数Ma、Pr、A、Bi之间的内在关系,从而对热毛细对流有了进一步的认识和了解,同时为研究浮区晶体生长液封技术奠定了基础.2.建立了不相溶混的双层同轴液柱(具有液封的液桥)内的热毛细对流的物理模型和数学模型.采用涡量-流函数法用有限差分格式对微重力条件下具有液封的液桥内热毛细对流进行了数值模拟,得到了双层液体主流区的温度场和流场分布以及无量纲参数A、B、Ma、Pr、Bi以及内、外层流体物性参数比对热毛细对流的影响规律,证实了液封技术能削弱液桥主流区的热毛细对流,从而提高浮区晶体生长质量,并找出了其影响因素及作用规律,同时发现双层流体的流态比单层流体要复杂得多,影响其流态变化的因素也成倍地增长.3.相关实验研究:应用液晶测温技术测量热毛细对流温度场;滴体积法测定液-液界面张力和液体表面张力.

目录

文摘

英文文摘

插图目录

主要符号表

前言

1绪论

1.1问题的提出

1.2热毛细对流及空间微重力环境概述

1.2.1热毛细对流的基本概念

1.2.2空间微重力环境概述

1.3浮区晶体生长技术

1.4热毛细对流研究概况

1.4.1液层内的热毛细对流研究

1.4.2绕气泡的热毛细对流研究

1.4.3绕气柱的热毛细对流研究

1.5有关液池、液柱以及液封的热毛细对流研究

1.6本课题的研究内容

2微重力下单层液柱内热毛细对流的数值模拟

2.1引言

2.2数学物理模型的建立

2.2.1物理模型及相关假设

2.2.2数学模型

2.2.3控制方程组和定解条件的无量纲化

2.3数值求解

2.3.1引言

2.3.2涡量——流函数法

2.3.3数值计算方法

2.3.4控制方程及边界条件的离散

2.3.5计算求解步骤及程序说明

2.3.6计算结果与分析

2.4本章小结

3微重力下双层同轴液柱内热毛细对流的数值模拟

3.1引言

3.2数学物理模型的建立

3.2.1物理模型及相关假设

3.2.2数学模型

3.2.3控制方程组和定解条件的无量纲化

3.3数值求解

3.3.1引言

3.3.2控制方程及边界条件的离散

3.3.3计算求解步骤及程序说明

3.3.4计算结果与分析

3.4本章小结

4相关实验研究

4.1应用液晶测温技术测量热毛细对流温度场

4.1.1引言

4.1.2液晶测温技术与彩色图像处理技术

4.1.3模拟实验装置介绍

4.1.4实验结果

4.1.5本节小结

4.2滴体积法测定液——液界面张力和液体表面张力

4.2.1引言

4.2.2测量原理

4.2.3实验装置与实验方法

4.2.4液体界面张力和表面张力的测定

4.2.5本节小结

结论

致谢

参考文献

博士期间发表的论文及获奖情况