封闭腔内水自然对流换热数值模拟

为了揭示封闭腔内非Boussinesq流体在浮力驱动下所特有的流动换热现象和形成机理,采用CFD软件Fluent对封闭腔内水的自然对流进行数值模拟,得到矩形封闭腔高宽比、Rayleigh数、倾斜角度、壁面温度差对流动和传热的影响规律。研究结果表明:由于水的密度在3.98℃达到最大,两竖壁面温度跨越这一点时会引起流动图像反转;具有流动反转的双涡结构降低了对流换热平均Nusselt数;相同Rayleigh数下,高宽比为1对应对流换热平均Nusselt数最大值;倾斜角度对平均Nusselt数影响与Rayleigh数和温度边界条件有关。

用NH_4Cl-H_2O溶液共晶凝固实验模拟Bridgman法晶体生长过程

利用NH4Cl-H2O溶液的共晶凝固模拟Bridgman法晶体生长过程,通过粒子图像测速系统测量了矩形腔和圆柱腔内NH4Cl-H2O溶液共晶凝固过程中的流场,结合温度变化得到了凝固过程中流动和温度的耦合规律.实验结果表明:在侧壁和底部冷却条件下,两种腔室内溶液共晶凝固过程中流场的变化基本相似,形成竖壁面附近溶液向下流动、中心区域溶液向上流动的对流涡;凝固开始后,热交换和潜热的释放使液相区内温度下降趋于平缓;圆柱腔内出现了角区绕流和二次对流涡现象.实验得到的流动和温度变化规律为理论建模及数值计算提供了有用的实验数据.

垂直Bridgman法多组元晶体生长的多场耦合模型

对垂直Bridgman法多组元晶体生长的准稳态模型所采用的Boussinesq线性密度假设进行了改进,基于密度的Taylor展开式,得到了熔体密度随温度、浓度变化的非线性函数关系并引入到模型中,改进后的准稳态模型(PSSM)能揭示晶体生长过程的非线性本质.明确了模型的边界条件,得到了晶体生长的完整数学描述.改进后的PSSM以及已获得的多组元晶体准确物性为晶体生长的多场耦合定量数值模拟研究奠定了基础.

矩形腔内纯水凝固过程实验研究

应用PIV并结合温度变化研究纯水在矩形腔内凝固过程中的热自然对流。在侧壁和底部冷却条件下,水平温度梯度是液相区流动产生和发展的主要原因。随着冷却进行,主流区域出现新的对流涡,液相区出现流动反转现象;纯水的临界冰核尺度较大,发生过冷凝固;降低冷端温度可以强化热对流强度,提高凝固速度。