激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响(英文)

激光熔覆时熔池对流运动对熔覆层成分和气孔缺陷分布具有较大影响。通过在灰铸铁和45钢两种基体上进行激光熔覆NiCuFeBSi系合金的工艺试验,对熔池的对流运动形式进行了机理分析与试验验证。结果表明,受熔池强对流运动影响,熔覆层气孔呈均匀弥散化分布趋势;且自熔覆层底部向顶部方向合金元素分布均匀,无缓慢过渡特征。根据YAG激光光斑能量的高斯分布特征,获得了熔池对流运动的驱动力是熔池温度分布不均形成的熔池表面张力梯度。而且熔池表面张力梯度与激光能量密度,熔池温度,熔体对流运动速度是彼此密切相关的。熔池对流运动机理分析表明,热流密度越高,温度越高,表面张力梯度越大,熔体对流运动速度越大。

带钢超快速冷却条件下的换热过程

分析了轧后加速冷却过程中带钢表面的局部换热机理,认为冷却系统实现超快速冷却的关键在于扩大带钢表面射流冲击换热区的面积。确定了薄带钢实现超快速冷却所需的对流换热系数,并采用有限元分析工具ANSYS模拟得到了超快速冷却条件下不同厚度带钢的温度场。温度场的分布表明薄带钢在超快速冷却过程中具有较好的温度一致性。同时还表明随着带钢厚度增加,超快速冷却条件下厚度方向的温度梯度显著增大,对于带钢内部组织的均匀性将产生不利的影响。带钢厚度范围应是超快速冷却技术实际应用过程中的重要考虑因素。

磁场对双层流体热毛细对流发展的影响

三维数值模拟了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的非混合双层流体热毛细对流的发展过程。研究了不同方向磁场对这种热毛细对流发展的影响,结果显示,在x,y,z三个方向磁场的作用下,流型结构发生明显变化,热毛细对流得到不同程度的抑制且温度分布趋于均匀,所加z方向磁场对热毛细对流的抑制效果最好。施加Bz=0.15 T^0.2 T之间某一强度的z方向磁场能够产生足够强的抑制作用,当磁场强度大于0.2 T时流场会发生数值上的不稳定。

基于WRF模式的南海海温梯度对强对流作用的数值试验

为了研究海洋中海温梯度与强对流的关系,利用WRF模式模拟了2010年8月14日发生在南海东北部的一次强对流天气过程,通过一组控制试验与敏感性试验,对比分析了强对流天气发生发展过程中水汽输送、风场变化和地表热通量的变化。结果表明,海洋中的高海温梯度区可通过改变局地热力条件而影响中低层风场,引起辐合辐散,并增强该区水汽输送,使得大量潜热释放,为强对流的发展提供能量。降水区域与高海温中心以及强海温梯度区对应,高(低)海温梯度区可引起感热通量和潜热通量发生变化从而加强(抑制)降水。

界面张力梯度驱动对流向湍流转捩的研究

作为空间自然对流热质输运的基本形式,界面张力梯度驱动对流是流动和传热强耦合的复杂非线性过程,也是一个多控制参数耦合作用的过程,表现出丰富的流动时空特征.界面张力梯度驱动对流是微重力流体物理的重要研究内容和学科前沿,同时在空间燃料输运过程和空间能源或热管利用等空间流体管理问题中均有重要应用.本文综述了界面张力梯度驱动对流向湍流转捩研究的背景意义、地面实验、空间实验及数值模拟的研究现状,重点介绍了从非线性动力学角度来研究转捩规律的具体方法,目前最常见的手段是对观测量的时间序列进行分析,通过频谱分析及相空间重构等方法计算时间序列的特征量,从而判断流动模式,这类方法理论成熟,计算简单,但需要对大量数据进行繁琐的处理;另一种方法是通过数值计算分岔来研究对流在时空中的转捩模式,这类方法可以直接计算出分岔点,但是复杂之处在于需要求解大规模的线性或非线性方程组,本文详细阐述了两种方法的理论背景,应用状况及局限性,探讨了将两种方法相互结合,在研究中互为补充的可能,并对今后的研究方向提出了建议.

微重力双向温差作用下Czochralski法硅熔体中的热毛细对流

采用数值模拟的方法研究了微重力条件下Czochralski法生长硅晶体过程中熔体热毛细对流的基本特征,探讨了水平和垂直温度梯度的耦合对熔体流动的影响。熔体自由表面与外界辐射换热,水平温度梯度Marangoni（Ma）数选取（0-3 000）,底部热流Q选取（1.39×10^-2-1.76×10^-2）。结果表明,当Q和Ma数均较小时,流动为稳态,液池内产生3个流胞,熔体流动由Q主导,减小Q或增大Ma数可使流动更稳定。当Ma数增大到一定值时,流动从稳态转变为非稳态,流动的临界Mac数随Q的增大而显著减小。流动失稳后,出现了新的流动转变方式,Ma数为影响表面波动形式的关键因素,Q会改变热流体波数,是晶体附近的热流体波产生的决定因素。随着Ma数和Q的不断增强,自由表面最终形成弯曲条幅状热流体波。

恒热源下平表面层流膜态沸腾的分析和计算

对沿恒热源传导下平表面层流流动的膜态沸腾进行研究。指出如何应用流线迭代法,对沿流动方向各截面上流体的速度分布和温度分布数值解的求法,并举例说明它的应用。最后对计算结果进行分析和讨论。