《液層內Marangoni-熱毛細對流的複雜特性研究》是依託重慶大學，由彭嵐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液層內Marangoni-熱毛細對流的複雜特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭嵐
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
自然界和工程技術領域，存在著各種複雜的界面現象和熱毛細對流。近年來，隨著現代高新技術的發展，出現了大量新的界面現象和熱毛細對流過程，提出了一系列傳統的界面理論和熱毛細對流理論無法解釋的新的研究課題。本項目即針對有著重要套用背景的前沿課題- - 液層內Marangoni-熱毛細對流的耦合作用為研究對象，藉助數值模擬、理論分析和實驗研究，認知法向溫度梯度和切向溫度梯度耦合作用下的Marangoni-熱毛細對流的複雜特性；解釋流動失穩後不同耗散結構相互轉換、演變的機理；探明表面波和熱流體波的相互作用規律；掌握幾何特徵、表面變形和表面蒸發等對液層內耦合熱對流的調控機制。旨在揭示兩種典型的耗散結構：Benard流胞和熱流體波的形成機理及其相互轉化規律。本項目從理論上可發展液層內複雜流動的耗散結構理論、拓展熱毛細對流的研究領域，從工程實踐上可為流控器件的設計和調控奠定堅實的理論基礎。
結題摘要
在自然界和各類工程技術領域中，界面現象十分普遍，而由雙向溫度梯度的共同作用而驅動液層內流體流動的現象廣泛存在。由於界面切向溫度梯度和法向溫度梯度誘導流體流動的物理機制和失穩機理有所不同，在先前的研究中，往往只考慮了單一方向溫度梯度的作用，而針對雙向溫度梯度作用下的Marangoni-熱毛細對流尚未進行系統性研究。基於上述情況，本項目採用以數值模擬方法為主，理論分析和實驗為輔的研究手段對雙向溫度梯度作用下環形液池、矩形液池和Cz結構內不同流體的複雜流動進行了系統性的研究工作。結果表明，當流動處於穩定狀態時，不論是單獨增加切向溫度梯度或是法向溫度梯度，當其超過一定臨界值時均會使得流動失穩。另外，當Marangoni-熱毛細對流由界面切向溫度梯度所主導時，表現為界面上切向熱毛細力的方向不會發生改變；隨著法向溫度梯度的增加，其對流動的影響也在不斷增強，而當Marangoni-熱毛細對流逐步過渡為由界面法向溫度梯度所主導時，界面上則會出現反向的切向熱毛細力。在此過程中，由於雙向溫度梯度的作用，自由表面上的流型變得更加豐富。以環形液池內的矽熔體為例，通過進一步研究還發現，當浮力、旋轉離心力和Coriolis力以及洛倫茲力介入後，通常來說，流動的穩定性會提高，但外力的介入對Marangoni-熱毛細對流是否由切向或法向溫度梯度主導影響不大。本項目的研究成果對於拓展熱對流理論和指導工業生產單晶矽等都具有十分重要的理論價值。
