23678.靜磁場(chǎng)對(duì)懸浮液滴振蕩變形影響的相場(chǎng)模擬

1、靜磁場(chǎng)對(duì)懸浮液滴振蕩變形影響的相場(chǎng)模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：張鳳超指導(dǎo)教師：石萬元教授專業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要流體自由界面運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象廣泛存在社會(huì)生活中，在工業(yè)實(shí)際中也有重要的應(yīng)用。例如通過電磁懸浮試驗(yàn)測(cè)量材料的熱物性參數(shù)，熔融的金屬液滴在懸浮條件下氣液界面發(fā)生自由振蕩，而液滴內(nèi)部由于表面張力、洛倫茲力、粘性力等引起的對(duì)流極為復(fù)雜，液滴內(nèi)

2、部運(yùn)動(dòng)對(duì)熱物性參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量具有重要的影響。因此，準(zhǔn)確了解和掌握液滴內(nèi)部流動(dòng)和自由界面變形特征，對(duì)物性參數(shù)的測(cè)量具有重要的意義。本文采用相場(chǎng)法模擬了初始形狀為二階和四階勒讓德函數(shù)的懸浮硅熔體液滴的自由振蕩過程，同時(shí)考慮靜磁場(chǎng)的影響，研究了不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下硅熔體液滴自由振蕩變形過程，并與無磁場(chǎng)情況下對(duì)比。由于模擬對(duì)象具有高密度比的特性，這使得參數(shù)在界面處梯度很大，為保證方程求解的穩(wěn)定性，對(duì)CahnHilliard方程的求解采用牛頓迭代加半隱

3、式格式。在對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，分析了不同Ha數(shù)、We數(shù)、Re數(shù)以及初始形狀對(duì)液滴變形、運(yùn)動(dòng)和振蕩周期的影響。研究結(jié)果得到以下結(jié)論：通過分析和對(duì)比不同We數(shù)和Re數(shù)情況下液滴的振蕩特性，發(fā)現(xiàn)液滴振蕩周期隨著表面張力的增大而減小，隨著粘性力的增大而增大。液滴振蕩過程中，表面張力阻止液滴拉伸，使得液滴拉伸減緩，促進(jìn)液滴回縮。而粘性力則始終與液滴運(yùn)動(dòng)方向相反，增大了液滴的流動(dòng)阻力，使得液滴周期增大。隨著We數(shù)增大，表面張力變小，液滴內(nèi)壓

4、力明顯減小。壓力的減小使得液滴內(nèi)壓力差也減小，所以液滴內(nèi)流動(dòng)減弱。雷諾數(shù)增大時(shí)，粘性力減小，液滴振幅增大，液滴曲率增大，壓力也增大。壓力差隨著增大，液滴內(nèi)流動(dòng)隨著雷諾數(shù)增大而增強(qiáng)。通過模擬不同靜磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下液滴振蕩變形運(yùn)動(dòng)過程，分析了磁場(chǎng)對(duì)液滴內(nèi)部流動(dòng)的影響。發(fā)現(xiàn)液滴運(yùn)動(dòng)初始時(shí)刻，靜磁場(chǎng)對(duì)其影響不明顯，由于液滴內(nèi)部流動(dòng)較弱。當(dāng)液滴內(nèi)流動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，磁場(chǎng)力隨之增大，磁場(chǎng)對(duì)液滴內(nèi)部對(duì)流的抑制作用顯著增強(qiáng)，并且靜磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，對(duì)液滴內(nèi)部對(duì)流的抑