垂直傳熱對矩形液池內(nèi)熱毛細對流的影響.pdf

1、水平溫度梯度和垂直溫度梯度聯(lián)合驅(qū)動的熱毛細對流過程廣泛存在于晶體生長、薄膜制備、涂料涂漆等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，然而，目前對于有垂直傳熱的水平液層內(nèi)熱毛細對流特性的了解還很少，所以，研究液池內(nèi)垂直傳熱對熱毛細對流過程的影響，確定流動由穩(wěn)態(tài)向振蕩流動轉(zhuǎn)變的臨界條件，分析各種流型之間轉(zhuǎn)變的物理機制，不僅可以豐富熱毛細對流理論，而且可以為改進生產(chǎn)過程提供理論依據(jù)，因此，具有重要的理論意義和實用價值。
　　 本文建立了考慮液池底部加熱、自由表面

2、散熱的水平液層內(nèi)熱毛細對流的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并進行了系統(tǒng)的二維和三維數(shù)值模擬，得到了液層內(nèi)的溫度場和流場，分析了液池寬深比、底部熱流密度、Marangoni（Ma）數(shù)和Biot（Bi）數(shù)等參數(shù)對熱毛細對流的影響，弄清了穩(wěn)態(tài)和振蕩熱毛細對流的基本特性。
　　 結(jié)果表明，（1）當側(cè)壁溫差不大時，流動為穩(wěn)態(tài)流動，隨著底部加熱熱流密度的增大，矩形液池內(nèi)的流動會轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)方向相反的非對稱雙胞流動，流型轉(zhuǎn)化的臨界熱流密度隨Ma數(shù)和Bi數(shù)

3、的增加而增大。（2）較小的熱流密度對熱毛細對流有抑制作用，而當熱流密度增加到一定值時，最高溫度會出現(xiàn)在液池內(nèi)部，其值會隨Ma數(shù)的增大而減小，隨寬深比的增大而增大。當出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反的非對稱雙胞流動時，熱壁附近的流胞會隨著寬深比的增大而擴展、延伸，隨Ma數(shù)的增大而后退、收縮。（3）當Ma數(shù)較大時，流動會由穩(wěn)態(tài)多胞流動轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幜鲃?，即熱流體波，其波長隨Ma數(shù)的增大而增大，波速和頻率則隨Ma數(shù)的增大而減小。在淺池中，流動轉(zhuǎn)變的臨界Ma數(shù)隨熱