环形浅液池内中等pr数流体的热毛细－浮力对流

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1、第25卷增刊动力工程Vol.25Sup. 2005年10月JOURNALOFPOWERENGINEERINGOct.2005环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细－浮力对流商奇伟，李友荣，彭岚，吴双应（重庆大学动力工程学院，重庆400044）摘要：为了了解水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细－浮力对流特性，利用有限容积法进行了非稳态二维数值模拟，环形液池外壁被加热，半径为40mm，内壁被冷却，半径为20mm，液池深度为0.75-3mm，液池内的流体为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，流动为稳态流动，随着温度梯度的增加，流动将会失去其稳定性，转化成各种振

2、荡流动，模拟计算的临界温差与实验结果吻合较好。关键词：工程热物理；热毛细－浮力对流；数值模拟；环形浅池Thermocapillary-buoyancyConvectioninaThinAnnularPoolforModeratePrandtlNumberFluidSHANGQi-wei,LIYou-rong,PENGLan,WUShuang-ying(CollegeofPowerEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract:Inordertounderstandthenatureofthermocapillary

3、-buoyancyconvectioninadifferentiallyheatedannularpoolwiththeouterheatedcylinderandtheinnercooledcylinder,weconductedaseriesofunsteadytwo-dimensionalnumericalsimulationswiththefinite-volumemethod.Thepoolwasfilledwiththe0.65cStsiliconeoil(PrandtlnumberPr=6.7).Resultsshowthattheflowisstableatthesmallt

4、emperaturedifferenceintheradialdirection.Withtheincreasingofthetemperaturedifference,thesimulationcanpredictoscillatoryflows.Itisfoundthatthereisagoodagreementbetweenthesimulationandexperimentresultsonthecriticaltemperaturedifference.Keywords:engineeringthermophysics;thermocapillary-buoyancyconvect

5、ion;numericalsimulation;thinannularpool在熔体晶体生长过程中，对流体运动的了解是当沿自由表面的温差超过某一临界值后，熔体的运至关重要的，一般说来，希望得到性能均匀的晶体动将会变为非稳定的振荡运动。在过去的几十年中，材料，但是，如果熔体的运动是非稳定的，则晶体热毛细－浮力对流已引起了研究者们的注意，Ben的均匀性就会受到破坏[1]。在微重力环境或浅液层Hadid&Roux[2-5]对矩形腔内低Pr数流体的二维热内，热毛细力是引起熔体运动的主要原因，而且，毛细对流和热毛细—浮力对流进行了数值模拟，结果证实了多胞流动结构的存在，而且，当Ma数超基金项目：国家自

6、然科学基金资助项目(No.50476042)作者简介：商奇伟(1980~)，男，陕西礼泉人，硕士研究生，主要从事过某一临界值时，流动将会变为振荡流动；另一方传热数值计算方面的研究面，许多学者[6-11]也进行了各种条件下在水平温度632第25卷增刊动力工程Vol.25Sup. 2005年10月JOURNALOFPOWERENGINEERINGOct.2005梯度作用时常重力矩形腔和环形流道内的热毛细对流实验，最近，Schwabe和Benz[12-14]报道了一系列[12-14]报道了一系列¶Q12+V×ÑQ=ÑQ.(3)¶tPr边界条件如下：环行流道内的热毛细对流和热毛细－浮力对流实验，在这

7、些实验中，流道外壁被加热，半径为40mm，内壁被冷却，半径为20mm，流道深度d=2.5-20mm，实验结果表明，在小的水平温差下，流动为稳态的多胞流动，随着温差的增大，流动将会失去其稳定性，首先转化成热流体波，当温差再增加时，将会自由界面（Z=d/ro,ri/ro