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环形液池内热毛细对流的线性稳定性分析

作　者: 刘玉姗
导　师: 李友荣
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 热毛细对流线性稳定性分析环形液池临界条件
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在熔体法晶体生长过程中,由表面张力梯度引起的热毛细对流成为影响材料品质的突出因素,因此,深入研究热毛细对流的物理机制不仅对流体物理基础研究有重要意义,对工业生产也有一定的实用价值。本文建立了环形液池内热毛细对流的物理模型和数学模型,液池外壁被加热,内壁被冷却,自由表面和底面均绝热。采用线性稳定性方法分析得到了环形液池内低Pr数流体热毛细流动转化的临界条件,即临界Marangoni数和临界波数,分别讨论了重力和微重力条件下液池深宽比、半径比、旋转速度等对热毛细对流转变条件的影响,主要结论如下:(1)对于环形液池内的热毛细流动,当Marangoni数较小时,流动是稳态轴对称流动,当Marangoni数逐渐增大,超过某特定值后,流动会失稳转变为三维振荡流动,即存在临界Marangoni数;(2)在微重力条件下,随着液池深宽比的增加,临界Marangoni数和临界波数都会逐渐减小,当深宽比大于0.12后,临界波数基本不变;随着半径比的增加,临界Marangoni逐渐减小,但减小的幅度不大,而临界波数却有一个较大的增加;转速的增加会使临界Marangoni数有微小增加,但是临界波数不变;(3)在重力条件下,所得的临界Marangoni数比相同条件时微重力条件下的值小,而临界波数基本不变;随着液池深宽比和半径比的增加,临界Marangoni数会逐渐减小;随着转速的变大,临界Marangoni数会增加。

环形液池内热毛细对流的线性稳定性分析

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