超临界Marangoni-Bénard对流波数分析

本文通过理论和实验研究底部均匀加热大宽厚比Marangoni-Benard对流的波数选择问题。通过红外热像仪观测液层在缓慢线性升温和降温过程中的表面温度场。并对红外图像进行2D-Fourier变换,分析温度场的频谱特征。发现真实涡胞的频谱是由基波和对应的谐波叠加而成。基波是由3个互成120°的波叠加,而高次谐波部分主要由两部分组成:与基波方向一致2次谐波波和与基波方向成30°的次谐波。实验发现随着温差的上升,谐波与基波的强度比经历了一个先增加后减小的过程,存在一个极大值点。同时发现涡胞尺寸经历了一个先减小后增大的过程,也就是基波的波数先增加后减小,并且也存在一个极大值点。实验表明这两个极值点是..

微重力下板式贮箱内推进剂流动的研究

在卫星平台中,经常用液体推进剂贮箱为其提供能源保障,与其它类型的液体推进剂贮箱相比,第二代表面张力型推进剂贮箱,即板式贮箱,以其显著的性能优势和高可靠的特点成为了很多大型卫星推进剂贮箱的主流。板式贮箱的关键和核心部分是安装和布置在贮箱壳体内部的推进剂管理装置(PMD)。PMD功能的可靠实现,对保证卫星推进系统在空间正常工作具有直接的,决定性的作用和影响。为此,本文将对其进行研究,用三维气液平衡界面计算程序surface evolver对无重力下的板式贮箱中的液体形态进行模拟分析,为以后板式贮箱的设计提供参考

小型感性耦合射频等离子体中和器的实验研究

为了研究适用于百瓦级电推力器的离子束流中和技术,基于电子鞘层模型、射频等离子体最优放电技术和通过插入探针实现快速点火的方法,设计了一套小型感性耦合射频等离子体中和器(RF plasma neutralizer,RPN).实验研究了RPN中和器的稳定工作条件和电子引出特性,实现了RPN中和器稳定工作和电子有效引出.实验结果表明:电子引出特性主要取决于发射孔附近阳极斑的形成与否,而阳极斑的形成又主要受结构设计、工质流量和偏置电压等运行条件的影响;通过对RPN运行条件的优化试验,获得了55~150mA可调电子束流范围和较高的工质利用系数(3.9~10.5),满足离子束流中和需求;另外,实验中还观察到了电子束流随工质流量或偏置电压的迟滞现象

Experimental Investigations on Interaction of Two Drops by Thermocapillary-Buoyancy Migration

Experiments were performed, in a terrestrial environment, to study the migration and interaction of two drops with different diameters in matrix liquid under temperature gradient field. Pure soybean oil and silicon oil were used as matrix liquid and the drop liquid, respectively. The information on the motions of two drops was recorded by CCD camera system in the experiments to analyze the trajectories and velocities of the drops. Our experiments showed that, upon two drops approaching each other, the influence of the larger drop on the motion of the smaller one became significant. Meanwhile the smaller drop had a little influence on the larger one all the time. The oscillation of migration velocities of both drops was observed as they were approaching. For a short period the smaller drop even moved backward when it became side by side with the larger one during the migration. Although our experimental results on the behavior of two drops are basically consistent with the theoretical predictions, there are also apparent differences. 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. Keywords: Thermocapillary migration; Drop; Interaction; Oscillation 1. Introduction A bubble or drop will move when placed in another fluid with temperature gradient. This motion happens as a consequence of the variation of interfacial tension with temperature. Such a phenomenon is already known as Marangoni migration problem. With the development of microgravity science, bubble dynamics and droplet dynamics became a hot point problem of research because this investigation is very important for basic research as well as for applications in reduced gravity environment, such as space material science, chemical engineering and so on. Young et al. first investigated the thermocapillary migration o

微重力流体物理专题序

微重力流体物理主要研究微重力环境中流体的行为及运动规律以及重力变化对运动规律的影响.微重力环境中,浮力对流、重力沉降及分层、液体静压等极大地减小,地面重力效应掩盖的次级效应凸显,从而影响或改变流体运动机制与行为.微重力流体物理研究关注微重力环境(包括低重力环境)中液体、气体或多相混合物以及分散体系等物质的流动、形态、相变及其运动规律和机理,特别是在微重力环境流体热质输运表现出的新现象和新规律以及物理形态变化表现出的新机制.微重力流体物理服务于航天器极端条件下的热质管理与输运、空间材料制备等空间应用,具有极强的应用背景,其典型科学问题包括如下内容

界面张力引起的流动及界面特征研究

通过对单层流体浮力－热毛细对流和两层流体 B$\acute{\rm e}$nard-Marangoni对流的实验研究，探讨界面张力梯度引起的自然对流的特征及机理问题。考虑到表面张力是温度的函数，对上面是空气(或其蒸汽)的薄液层，加载水平温度梯度将使得气液表面上表面张力分布不均匀，耦合于地面的重力作用，将会驱动薄层流体形成浮力－热毛细对流运动。液层厚度和温度梯度的改变(引起系统长高比、Bond数、Rayleigh数以及Marangoni数的变化)直接影响到薄层流体的对流模式的变化，还可能使得浮力－热毛细对流从稳定发展到不稳定。本研究中以硅油为实验介质，应用高分辨率PIV技术对薄层流体的对流速度场进行了测量，观察到了对流由单胞结构向多胞结构以及由稳定对流向振荡对流的转捩过程，分析给出了对流模式结构变化的规律以及状态转变的临界参数。在浮力－热毛细对流发展过程中，流体表面的变形(形貌)和表面振荡直接反映了热毛细作用与浮力作用的耦合规律以及热毛细对流表面波的基本特征。实验中应用激光干涉技术以及高精度位移传感器对薄液层体系(液层厚度1mm$\sim$5mm)作了系统的研究，获得了微米量级面形形貌变化规律及其亚微米尺度的表面振荡特性。用FFT以及小波分析方法研究了流体自由面振荡的分岔转捩过程及通往混沌的转捩途径。该研究对理解流体热毛细对流的机理具有重要的意义。在自然界里和工程技术中，多层流体体系对流现象更为普遍。近20年来，互不混溶的两层液体体系成为了很多理论和实验研究的重要对象，其主要原因有：(1)在两层流体体系中，由于上下层对流的耦合作用，在临界点上存在HOPF分叉，使得两层模型成为非线性理论研究的理想模型；(2)两层流体模型被应用于地壳运动的研究和空间晶体生长等领域。近年，很多学者通过理论分析和数值模拟对加载垂直温度梯度的上下两层流体B$\acute{\rm e}$nard-Marangoni对流问题进行了研究。上下液层对流的耦合与竞争可以导致上下液层出现多种对流耦合模式和振荡规律，外加温差、液层厚度以及液层厚度比的变化是形成不同对流模式的重要因素。本研究以FC70和KF90-10为实验介质，应用高分辨率PIV技术对两薄层流体B$\acute{\rm e}$nard-Marangoni对流进行了测量，从实验中清晰地观测到了3种临界对流模式：机械耦合、热耦合、临界振荡，分析给出了3种对流转换的临界参数，发现临界振荡可以在峰值液层厚度比附近一个较大的区域范围出现，并且峰值厚度比远离平衡厚度比，这些结果与目前的理论研究有明显的的差异。总之，两种不同外加温度梯度方式，会导致两种不同机制的对流--热毛细对流和Marangoni对流，他们是微重力流体物理研究的重要内容

NaClO_3晶体生长过程光学诊断与数值模拟

运用光学干涉诊断方法实时观测NaClO3晶体生长过程,得到晶体生长过程中溶液浓度,晶体尺寸等物理参量.将这些参量与数值模拟得到的结果进行比对,研究重力条件下NaClO3晶体溶液生长过程中速度场、浓度场的分布与演化,尝试提出符合实际情况的晶体生长理论模型.对比两种方法得到的浓度边界层厚度,数值模拟得到了与实验数据相一致的结论