《微重力下周圍剪下氣流引入氣液自由面動態變形研究》是依託東北大學，由梁儒全擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微重力下周圍剪下氣流引入氣液自由面動態變形研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁儒全
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
周圍環境下浮區氣液自由面動力學行為已成為微重力流體力學重要研究熱點。液橋是浮區法晶體生長的理想模型。針對液橋自由面變形動力學研究中存在的突出問題，本項目將深入研究周圍剪下氣流對浮區液橋自由面變形的影響效果。大範圍體積比、長徑比和不同氣流速度條件下，對Bond數遠大於熱毛細數液橋，實驗測量剪下氣流引起的液橋自由面變形。擬開發高精度水平集法，數值研究周圍剪下氣流引入的自由面動態變形、穩態熱毛細對流引起的自由面次臨界變形、振盪熱毛細對流引起的自由面超臨界變形。揭示剪下氣流速度、進氣方向、液橋體積比、高徑比對液橋自由面變形及其不穩定性的影響。通過對周圍環境下浮區液橋自由面變形研究，可以深入理解微重力下氣液自由面行為特性、掌握周圍環境對晶體凝固界面形態及晶體中雜質分布的影響，並為空間流體行為預測與管理提供理論基礎。項目兼具重要的科學意義和工程套用價值。
結題摘要
液橋作為浮區法晶體生長的理想簡化模型，其自由面動力學研究一直備受關注。針對液橋自由面變形動力學研究中存在的突出問題，本項目深入研究了剪下氣流速度、進氣方向、液橋體積比、高徑比對液橋自由面變形及其不穩定性的影響。研究主要包括幾個方面：（1）開發了高精度水平集法，用於俘獲剪下氣流作用下液橋振盪自由面，大大提高了自由面俘獲數值計算的精度；（2）開發了周圍剪下氣流式液橋生成裝置，開展了周圍剪下氣流引入液橋自由面動態變形實驗以及液橋內流型可視化實驗，獲得了清晰的振盪流結構圖像，實現了液橋熱毛細對流可視化研究的重要突破；（3）套用本項目開發的高精度水平集法，自編了液橋自由面動態變形數值模擬軟體平台；採用Fluent軟體開發了基於VOF法的液橋自由面變形數值模擬平台。利用上述兩個平台，開展了剪下氣流作用下液橋自由面動態變形數值模擬，研究了剪下氣流與熱毛細對流耦合作用下液橋自由面動態變形以及液橋內流型分布，揭示了剪下氣流對表面張力驅動對流自由面穩定性的影響規律，為我國空間站實驗中實現氣液自由面不穩定性的有效預測與控制打下了堅實的基礎。本項目取得了2項有特色的液橋生成裝置發明專利和3項實用新型專利。
