深空环境下高普朗特数流体热毛细对流研究
发布时间：2021-04-06 20:08
在国防、通讯和航天领域,高质量的半导体元件是组成控制系统不可或缺的重要载体。浮区生长法则是生产这种半导体材料的主要方法。随着人们对太空环境的不断探索,科研人员在地球上难以获得或无法获得的深空环境中发现热毛细对流是浮区法生长硅单晶中产生微米量级杂质条纹的主要成因。因此,准确研究浮区法生长晶体过程中热毛细对流流动现象及抑制手段对于提高晶体质量至关重要。深空环境下研究外加磁场、颤动、表面敷层及剪切气流对热毛细对流的影响,以及揭示热毛细对流的振荡机理已然成为微重力流体力学领域的前沿课题。本文对半浮区液桥热毛细对流的数值及实验研究正是在以上的工程实践和理论研究背景下建立起来的。但是,在以往的数值研究当中大多采用简化模型没有考虑液桥自由面的同步动态变形。自由界面被假定为不可变形的直线（柱面）或者由Young-Laplace方程确定的不可变形的曲线（曲面）。以上做法势必会影响研究结果的准确性,难以反映液桥内部流动和界面响应变形之间的耦合流动特性。针对以上问题,本文创新性地应用面积补偿法克服Level Set方法中质量不守恒问题,并采用改进的Level Set方法实现对两相自由界面任意微小形变的追踪。...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：212 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２引力波示意图
们能了解到宇宙更早期的情况。同时，我国九大科技基础设施之一的“世界最??大单口径球面射电望远镜（ＦＡＳＴ）”也预计将在２０１６年９月建成，并投入使??用（如图１．３所示）。ＦＡＳＴ在寻找暗物质、暗能量，研宄极端状态下的物质结??构与物理规律；发现奇异星和夸克星物质；发现中子星一黑洞双星，无需依??赖模型精确测定黑洞质量；通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波等方面??将发挥重大的科学意义［１１】。２０１６年６月１２日２３时３０分，在西昌卫星发射中??心，我国用长征三号丙运载火箭成功发射了第２３颗北斗导航卫星；２０丨６年６??月１６日，国务院新闻办公室召开新闻发布会，正式发布《中国北斗卫星导航??系统》白皮书，标志着我国己经成为继美（ＧＰＳ）、俄（ＧＬＯＮＡＳＳ）、欧盟（ＧＳＮＳ）??之后的世界上第四个拥有自主卫星导航系统的国家（如图１．４所示）。２０１６年??年６月２５日２０时００分，在海南文昌航天发射场点，我国全新研制的长征七??号运载火箭首次发射圆满成功１１２】。长征七号运载火箭代表了我国多年以来运??载火箭研制领域数字化的最高水平，为下一阶段我国载人航天工程发射货运飞??船奠定了坚实的基础（如图１．４所示）。值此“十三五”期间
在具有自由表面的液体中由于沿着液体表面存在表面张力梯度，在很小的温度??梯度下就会发生Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流。热毛细对流又称Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流，它是一种??由温差导致的界面表面张力梯度引起的流动（如图１．５所示）。??Ｔｈｔｒｍｍａｐｉｌｌａｎ?…?Ｍ?＿?一??Ｆｏｒｃｅ??圓?４?ｕ—?｜?｜??Ｅ—』二二＝＝Ｓ?ｉ?Ｗ??ｊｐｐ＾ｎ??图１．５热毛细对流示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍｏｃａｐｉｌｌａｒｙ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ??当两侧（上下）壁面分别维持稳定的温度ｒｈ和ｒｃ不变时，在气——液界??面处：??＜Ｔ?＝?Ｃｒ（Ｔ）??—＜０?（１．１）??ｄＴ??ｄＴ?ｎ?ｄｃｒ?ｎ??—＜０，——＞０??ｄｘ??？５．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]试评LIGO引力波实验[J]. 黄志洵,姜荣. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2016(03)
[2]Buoyant Marangoni convection of nanofluids in square cavity[J]. H.SALEH,I.HASHIM. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(09)
[3]微重力对细菌生物学效应的影响[J]. 周艳,牛忠英. 空军医学杂志. 2015(01)
[4]FAST的进展——科学、技术与设备[J]. 南仁东,李会贤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(10)
[5]勾形磁场作用下分离结晶中熔体热毛细对流的数值模拟[J]. 彭岚,龚欢,李友荣,屠竞毅,于鑫. 功能材料. 2014(01)
[6]大普朗特数大液桥浮力-热毛细对流地面实验[J]. 吴勇强,段俐,李永强,康琦. 力学学报. 2012(06)
[7]Influence of the heating rate on the critical Marangoni number of oscillatory thermocapillary convection in the floating half zone[J]. LI Kai, TANG ZeMei & HU WenRui* National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2012(01)
[8]基于Level Set方法的双层流体热毛细对流的数值研究[J]. 周小明,黄护林,蔡亮. 工程热物理学报. 2010(03)
[9]短时微重力环境下的浮力-热毛细对流[J]. 周彬,段俐,胡良,康琦. 实验流体力学. 2008(02)
[10]浮力-热毛细对流表面位型研究[J]. 袁枫,段俐,康琦. 力学学报. 2007(02)
博士论文
[1]变形液滴/气泡的多相传质过程及Marangoni效应的模拟[D]. 陈杰.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
[2]水平集方法在预混合湍流V型火焰模拟和形状复原问题上的应用[D]. 刘箐.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于Level Set方法的曝气气泡动力学研究[D]. 何丹.长安大学 2011
[2]利用Level Set方法研究竖直通道中气泡上升传热与传质[D]. 元爱民.大连理工大学 2011
[3]基于Level-set方法的血红细胞运动变形数值模拟[D]. 马方超.清华大学 2011
[4]基于LevelSet方法的自由面数值模拟研究[D]. 刘威.南京航空航天大学 2011
本文编号：3122056
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：212 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２引力波示意图
们能了解到宇宙更早期的情况。同时，我国九大科技基础设施之一的“世界最??大单口径球面射电望远镜（ＦＡＳＴ）”也预计将在２０１６年９月建成，并投入使??用（如图１．３所示）。ＦＡＳＴ在寻找暗物质、暗能量，研宄极端状态下的物质结??构与物理规律；发现奇异星和夸克星物质；发现中子星一黑洞双星，无需依??赖模型精确测定黑洞质量；通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波等方面??将发挥重大的科学意义［１１】。２０１６年６月１２日２３时３０分，在西昌卫星发射中??心，我国用长征三号丙运载火箭成功发射了第２３颗北斗导航卫星；２０丨６年６??月１６日，国务院新闻办公室召开新闻发布会，正式发布《中国北斗卫星导航??系统》白皮书，标志着我国己经成为继美（ＧＰＳ）、俄（ＧＬＯＮＡＳＳ）、欧盟（ＧＳＮＳ）??之后的世界上第四个拥有自主卫星导航系统的国家（如图１．４所示）。２０１６年??年６月２５日２０时００分，在海南文昌航天发射场点，我国全新研制的长征七??号运载火箭首次发射圆满成功１１２】。长征七号运载火箭代表了我国多年以来运??载火箭研制领域数字化的最高水平，为下一阶段我国载人航天工程发射货运飞??船奠定了坚实的基础（如图１．４所示）。值此“十三五”期间
在具有自由表面的液体中由于沿着液体表面存在表面张力梯度，在很小的温度??梯度下就会发生Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流。热毛细对流又称Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流，它是一种??由温差导致的界面表面张力梯度引起的流动（如图１．５所示）。??Ｔｈｔｒｍｍａｐｉｌｌａｎ?…?Ｍ?＿?一??Ｆｏｒｃｅ??圓?４?ｕ—?｜?｜??Ｅ—』二二＝＝Ｓ?ｉ?Ｗ??ｊｐｐ＾ｎ??图１．５热毛细对流示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍｏｃａｐｉｌｌａｒｙ?ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ??当两侧（上下）壁面分别维持稳定的温度ｒｈ和ｒｃ不变时，在气——液界??面处：??＜Ｔ?＝?Ｃｒ（Ｔ）??—＜０?（１．１）??ｄＴ??ｄＴ?ｎ?ｄｃｒ?ｎ??—＜０，——＞０??ｄｘ??？５．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]试评LIGO引力波实验[J]. 黄志洵,姜荣. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2016(03)
[2]Buoyant Marangoni convection of nanofluids in square cavity[J]. H.SALEH,I.HASHIM. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(09)
[3]微重力对细菌生物学效应的影响[J]. 周艳,牛忠英. 空军医学杂志. 2015(01)
[4]FAST的进展——科学、技术与设备[J]. 南仁东,李会贤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(10)
[5]勾形磁场作用下分离结晶中熔体热毛细对流的数值模拟[J]. 彭岚,龚欢,李友荣,屠竞毅,于鑫. 功能材料. 2014(01)
[6]大普朗特数大液桥浮力-热毛细对流地面实验[J]. 吴勇强,段俐,李永强,康琦. 力学学报. 2012(06)
[7]Influence of the heating rate on the critical Marangoni number of oscillatory thermocapillary convection in the floating half zone[J]. LI Kai, TANG ZeMei & HU WenRui* National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2012(01)
[8]基于Level Set方法的双层流体热毛细对流的数值研究[J]. 周小明,黄护林,蔡亮. 工程热物理学报. 2010(03)
[9]短时微重力环境下的浮力-热毛细对流[J]. 周彬,段俐,胡良,康琦. 实验流体力学. 2008(02)
[10]浮力-热毛细对流表面位型研究[J]. 袁枫,段俐,康琦. 力学学报. 2007(02)
博士论文
[1]变形液滴/气泡的多相传质过程及Marangoni效应的模拟[D]. 陈杰.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2015
[2]水平集方法在预混合湍流V型火焰模拟和形状复原问题上的应用[D]. 刘箐.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于Level Set方法的曝气气泡动力学研究[D]. 何丹.长安大学 2011
[2]利用Level Set方法研究竖直通道中气泡上升传热与传质[D]. 元爱民.大连理工大学 2011
[3]基于Level-set方法的血红细胞运动变形数值模拟[D]. 马方超.清华大学 2011
[4]基于LevelSet方法的自由面数值模拟研究[D]. 刘威.南京航空航天大学 2011
本文编号：3122056
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