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重力水平对热毛细-浮力对流耗散结构的影响

李友荣 , 莫东鸣 , 彭岚 , 石万元

工程热物理学报

为了了解重力水平对环形液池内热毛细-浮力对流耗散结构的影响，利用有限容积法进行了非稳态三维数值模拟，环形液池外壁被加热，内壁被冷却，流体为0．65cSt硅油，其Pr数为6．7。结果表明，在微重力条件下，流动为三维振荡流动；当重力水平增加到0．1go时，流动结构转化为沿周向运动的一组滚胞，其轴线与温度梯度方向一致；当重力水平增加到0．5go时，流型则为一组静止的滚胞；当重力水平继续增加到3go时，流动转变为稳定流动。

关键词: 数值模拟 , 流型 , 热毛细-浮力对流 , 环形液池

环形池内双层流体热毛细对流不稳定现象实验研究

李翰明 , 石万元 , 周涛 , 王瑜

工程热物理学报

为了了解水平温度梯度作用下双层流体内热毛细对流的特征,实验观察了环形池内由1cSt硅油和氟化液FC-40组成的双层流体内热毛细对流失稳后的不稳定现象.实验表明,随着上层或下层流体厚度的增加,流动稳定性减弱.当上层厚度为1.5 mm时,内外环间温差超过临界温差后在外环区域产生三维稳态的直条纹、并在内环区域产生热流体波,波纹产生于上层流体.当上层流体厚度为2mm时,液层内三维稳态直条纹占主导.环形池旋转使稳态条纹变为弯曲波纹,并且液层内只有一组传播方向与环形池的旋转方向相反的热流体波.

关键词: 双层流体 , 热毛细对流 , 热流体波

环形浅液层内热流体波的可视化实验研究

石万元 , 李友荣 , 曾丹苓 , 今石宣之

工程热物理学报

对外壁加热、内壁冷却、厚度为1.0 mm的环形硅油浅液层内的热毛细对流及其稳定性进行了可视化实验研究,观察到了旋转的螺纹状的热流体波,确定了发生热流体波的临界温差值△Tc=4.8 K,证实了热流体波从两组逐渐演变为一组的发展过程,验证了已有的数值模拟结果.

关键词: 热流体波 , 热毛细对流 , 硅油

数值分析环形池硅熔体旋转-热毛细对流及其稳定性

石万元 , 李建英 , 王瑜 , 李友荣

工程热物理学报

数值模拟了内半径20 mm、外半径40 mm、深5 mm环形池内硅熔体在旋转和热毛细力共同驱动下的热对流,通过线性稳定性分析确定了旋转-热毛细对流失稳的临界Marangoni数等临界条件。研究结果表明,液池低速旋转会降低轴对称热毛细对流的稳定性,而较高速度的旋转能增强热毛细对流的稳定性。临界条件下旋转-热毛细对流耗散结构波纹的传播方向与液池的旋转方向相同,临界周向波数随旋转速度的增加而增加。在较大的旋转速度下,液池底部出现涡胞,底部涡胞对热毛细对流的稳定性具有削弱作用。

关键词: 旋转 , 热毛细对流 , 稳定性 , 硅熔体

浮力对环形液池内热毛细对流的影响

彭岚 , 石万元 , 李友荣 , 曾丹苓

工程热物理学报

为了了解浮力的影响,对水平温度梯度作用时环形液池内的热毛细对流进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40 mm,内壁被冷却,半径为20 mm,液池深度为(1～17)mm,流体为0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7.模拟结果表明,当水平温度梯度较小时,流动为轴对称稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,在浅液池内,转化为热流体波,浮力对失稳后的流型无影响,但会使热流体波的振幅下降;在深液池内,在常重力条件下,转化成三维稳定流动,在微重力和小重力条件下,转化为三维振荡流动.

关键词: 环形液池 , 浮力 , 热毛细对流 , 硅油 , 数值模拟

系统旋转对浅环形池内硅油热毛细对流影响的实验研究

石万元 , 王瑜

工程热物理学报

为了了解系统旋转对热毛细对流的影响,采用阴影法观察了外半径Ro=40 mm、内半径Ri=20 mm、深度H=1mm、沿顺时针方向旋转的环形池内1cSt硅油热毛细对流的特征.测量了0～10 r/min转速范围内发生热流体波的临界温差,观察了旋转对热流体波的影响,结果发现:当内外环间温差略低于临界温差时,靠近外环附近产生多圈同心圆环状静止波纹;超过临界温差后,静止液池内分布着两组沿周向传播方向相反的波纹;超过临界温差不远时热流体波的传播方向与液池的旋转方向相反,提高温差使其传播方向转变为与液池旋转方向相同;提高转速又使其传播方向转变为与液池旋转方向相反.

关键词: 热毛细对流 , 旋转 , 热流体波 , 硅油

冶金多孔介质结构的分形现象

郑忠 , 高小强 , 石万元

钢铁

采用计盒维数方法对典型冶金多孔介质-焦炭及焦矿床层的结构进行了分形研究,结果表明,所研究的多孔介质结构存在分形现象,其分形计盒维数为1.66～1.81;焦炭多孔介质结构的计盒维数随焦炭孔隙率的降低而增加.

关键词: 多孔介质 , 冶金焦 , 分形维数

Pr数对环形浅液池热毛细对流的影响

石万元 , 李友荣 , 彭岚

工程热物理学报

为了解流体普朗特数(Pr)对热毛细对流的影响,通过线性稳定性分析,确定了环形浅液池内硅熔体(Pr＝0.011)和几种硅油(Pr数从6.7至57.9)热毛细对流失稳的临界条件,获得了它们在临界条件下的热流体波,特别是高Pr数硅油的热流体波.结果发现:当Pr≤15.9时,临界Ma数随Pr数的增加迅速上升,此时环形池内只有一组热流体波,呈连续条纹状.当Pr＞15.9后,临界Ma数随Pr数的增加变缓,环形池内由波数相同、强弱和传播角不同的两组热流体波组成,二者相互干涉形成忽明忽暗、断断续续的条纹.随着Pr数的增加,其中占据主要地位的一组热流体波变得越来越长,传播角越来越小.临界波数mc和临界相速ωc随Pr数的增加而降低.

关键词: 热毛细对流 , 普朗特数 , 线性稳定性分析 , 热流体波

环形液层内热毛细对流的线性稳定性分析

石万元 , 李友荣 , 今石宣之

工程热物理学报

为了了解液层深度对热毛细对流不稳定性的影响,利用线性稳定性理论分析了内径为20 mm、外径为40 mm、深度为1～20 mm的环形液层内硅油(Pr=6.7)的热毛细对流,重点考察了发生热流体波的临界温差及热流体波的临界周向波数,结果表明,临界温差随液层深度的增加而降低.讨论了浮力对热流体波及其临界条件的影响,并证实了常重力条件下当液层厚度大于5 mm时,热流体波呈静止状态这一现象.

关键词: 热流体波 , 热毛细对流 , 线性稳定性分析 , 不稳定性

我国万元GDP能耗是世界平均水平的3.4倍

上海金属

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