微重力下Marangoni效應(yīng)在熱管應(yīng)用中的基礎(chǔ)研究.pdf

1、由表面張力梯度驅(qū)動(dòng)的Marangoni對(duì)流是微重力流體科學(xué)的主要研究課題之一，在傳熱、晶體制備、冶金等研究領(lǐng)域有著重要的影響。在熱管的運(yùn)行中，由于純液體的表面張力隨溫度升高而減小，傳統(tǒng)的Marangoni對(duì)流表現(xiàn)為氣液界面上由熱端指向冷端的流動(dòng)，這對(duì)熱管內(nèi)冷凝液體流回蒸發(fā)端是不利的。研究表明，一些二元溶液在一定的溫度和濃度范圍內(nèi)表面張力隨溫度升高而增大，由此產(chǎn)生的由冷端指向熱端的流動(dòng)被稱(chēng)為逆Marangoni對(duì)流。將這種溶液作為熱管工質(zhì)

2、，能夠增加工質(zhì)回流的流量，提高熱管的性能。 本文利用吊片法對(duì)異丙醇、正丁醇、正戊醇水溶液在一定濃度和溫度范圍內(nèi)的表面張力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，結(jié)果顯示上述醇類(lèi)的稀水溶液在40℃附近時(shí)，表面張力出現(xiàn)最小值，之后隨著溫度升高，表面張力隨之增大，而且醇類(lèi)分子中碳原子數(shù)目增加，表面張力增加的幅度更為明顯。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察了小尺寸矩形液池內(nèi)具有水平恒定溫差的逆Marangoni對(duì)流的流動(dòng)情況。建立了微重力條件下二維逆Marangoni對(duì)流的物理和數(shù)

3、學(xué)模型，利用數(shù)值模擬得到了液池內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)；分析了溫差、尺寸比、表面張力溫度系數(shù)對(duì)流動(dòng)作用規(guī)律以及在重力環(huán)境下與浮力對(duì)流相互耦合后的情形，結(jié)果表明逆Marangoni對(duì)流主要表現(xiàn)為界面附近由冷端指向熱端的流動(dòng)，且隨著溫差和表面張力溫度系數(shù)的增加流動(dòng)加劇，并導(dǎo)致界面的不穩(wěn)定。與浮力對(duì)流耦合后，兩種流動(dòng)由于方向相反而相互抑制和削弱，并受到Bond數(shù)的影響，隨著B(niǎo)ond數(shù)的增大，浮力對(duì)流逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，但逆Marangoni對(duì)流的影響