磁場(chǎng)對(duì)雙層流體熱毛細(xì)對(duì)流的影響.pdf

1、由于雙層流體交界面上溫度分布不均勻?qū)е卤砻鎻埩μ荻鹊拇嬖?，從而?qū)動(dòng)流體流動(dòng)形成熱毛細(xì)對(duì)流，也稱為Marangoni對(duì)流。這一對(duì)流可能導(dǎo)致許多不期望的結(jié)果，如晶體生長(zhǎng)的不均勻性。磁場(chǎng)與導(dǎo)電流體相互作用，在流體內(nèi)部產(chǎn)生洛侖茲體積力，因此，通過(guò)外部磁場(chǎng)來(lái)非接觸性地控制流體流動(dòng)是一種有效的方法。本文建立了磁場(chǎng)作用下，水平溫度梯度驅(qū)動(dòng)的雙層流體熱毛細(xì)對(duì)流的物理模型和數(shù)學(xué)模型，采用有限容積法對(duì)零重力條件下的熱毛細(xì)對(duì)流進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果證實(shí)了外加磁

2、場(chǎng)能夠削弱上下層流體中的熱毛細(xì)對(duì)流，減弱熱流體波的不穩(wěn)定性。 為了調(diào)查雙層流體系統(tǒng)中熱毛細(xì)對(duì)流的流動(dòng)特性，本文開(kāi)展了以下幾方面的研究： 首先，數(shù)值研究了不同方向均勻磁場(chǎng)對(duì)雙層流體熱毛細(xì)對(duì)流發(fā)展的影響，總結(jié)了磁場(chǎng)對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流發(fā)展的影響規(guī)律。在下層流體熱毛細(xì)對(duì)流的發(fā)展中，施加y、z方向磁場(chǎng)可以起到延緩其對(duì)流的發(fā)展的作用，但施加x方向磁場(chǎng)卻加速了其發(fā)展。不同方向的磁場(chǎng)均能減小熱毛細(xì)對(duì)流的對(duì)流強(qiáng)度，因此，加x、y和z方向磁場(chǎng)均能

3、夠延緩上層流體中的熱毛細(xì)對(duì)流的發(fā)展。其中，z方向磁場(chǎng)對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流的抑制作用最強(qiáng)，x方向次之，y方向磁場(chǎng)的抑制作用最弱。此外，當(dāng)z方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度Bz大于0.15T時(shí)，磁場(chǎng)能夠?qū)崦?xì)對(duì)流產(chǎn)生足夠強(qiáng)的抑制作用。 其次，數(shù)值研究了不同大小和方向的均勻磁場(chǎng)對(duì)熱流體波不穩(wěn)定性的影響，得出了外部磁場(chǎng)對(duì)熱流體波不穩(wěn)定性振蕩周期、溫度波動(dòng)振幅的影響規(guī)律。施加x方向磁場(chǎng)時(shí)，隨Hartmann數(shù)的增大，振蕩周期逐漸增大，而振幅是先略微增大后逐漸減小

4、；施加y方向磁場(chǎng)的振蕩周期隨Hartmann數(shù)先略微減小后逐漸增大，而振幅隨Hartmann數(shù)的增加又略微增大后逐漸減??；施加z方向的磁場(chǎng)時(shí)，振蕩周期和振幅隨Hartmann數(shù)的增加分別增大和減小。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，z方向磁場(chǎng)對(duì)熱流體波不穩(wěn)定性的抑制效果最好，y方向次之，x方向磁場(chǎng)抑制效果最差。 最后，數(shù)值研究了水平和垂直方向磁場(chǎng)對(duì)熱毛細(xì)對(duì)流自由表面變化的影響，結(jié)果顯示，磁場(chǎng)能夠延緩和抑制自由表面的變形，其變形率隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)逐漸減