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由表面张力变化而引起的沿液体自由面的对流运动称之为Marangoni对流。有很多原因引起这种变化,但是这里主要关心温度引起的部分,亦称之为热毛细对流。在微重力环境下,浮力对流极大地削弱,Marangoni对流显得极其重要。浮区法晶体生长过程被认为是制备高质量晶体的主要方法,因而浮区Marangoni对流成为人们研究的重要课题之一。在太空中,由于飞行器的姿态调整、宇航员的活动等因素的影响使空间环境的加速度出现微小跳动,这种跳动称为重力跳动。重力跳动的存在会影响流体的截面形状、平衡和运动规律,对空间流体的物理、材料生产和生物制备等过程有重要的影响。因此研究重力跳动也是微重力流体的重要课题。 本文中,研究微重力、水平颤动、垂直颤动条件下,液桥内的流动结构、温度场、速度场、界面形状及震动状态。同时,本研究不仅考虑了自由表面的变形,而且也考虑了液桥周围气相的影响。本文在交错网格上求解N-S方程及与其耦合的能量方程,采用质量守恒的Level Set方法追踪两相界面,来研究液桥内热毛细对流。 本文主要内容: 1、以1cSt硅油、2cSt硅油作为液桥介质,研究液桥内热毛细对流的流动结构、速度场、温度场及自由表面的形状; 2、不同频率20mg水平颤动力液桥振荡研究; 3、不同频率20mg垂直颤动力液桥振荡研究。 通过数值计算,相应得出以下的结论: 1、初始时刻,由于热毛细对流作用液桥内形成一对胞元,液桥内回流作用使径向对流作用加强,从而使自由表面附近的温度分布更加均匀; 2、加入水平和垂直颤动(20mg)后,涡心在稳定时期围绕平衡位置在径向和轴向方向上发生周期性颤动; 3、附加水平和垂直颤动力,液桥轴向速度和径向速度均被抑制; 4、液桥在稳定时期的表面变形在以距冷端无量纲距离H=0.45位置处分开成热端及冷端部分,两部分表面同周围空气发生周期性的交替收缩-扩张运动。