振动条件下两层流体对流稳定性的研究

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongdou0219
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空间实验中重力跳动的影响,以及振动对晶体生长的主动控制都与振动对流体对流稳定性影响问题密切相关。残余重力加速度或者外界主动施加的振动场效应通过改变热传递和流体扩散的速度从而影响到流体的热、质输运过程和流动稳定性特征,空间实验数据分析表明中高频率(50-100Hz)的振动运动是空间飞行器中的主要影响因素。   本文主要研究高频振动对流体对流稳定性的动力学影响,理论上运用平均化的方法建立物理模型和线性化控制方程,数值上采用谱方法分析单层和双层流体的稳定性特征,通过线性稳定性分析研究了热振动对流体系统中性稳定性、流场分布以及系统振荡稳定性特征的影响。   本文建立了高频振动下单层和多层流体层Rayleigh-Marangoni-Bénard对流流动的平均化线性稳定性方程组。理论研究了微重力条件下双层流体系统中热振动对Marangoni-Bénard对流稳定性的影响和地基上无热毛细效应作用下的Rayliegh-Bénard对流稳定性的影响。在上述两种基本的稳定性模型分析基础上,重点研究了热振动对同时存在重力和热毛细效应的两层流体系统Rayleigh-Marangoni-Bénard对流稳定性的作用规律。结果显示在Marangoni-Bénard和Rayleigh-Marangoni-Bénard两种对流稳定性模型中,垂直方向的热振动可以明显提高了系统的稳定性,即使系统稳定的临界Ma数明显增大,而水平方向的热振动则可以明显降低系统的稳定性,使系统的临界Ma数减小。   高频振动下的两层流体系统Rayleigh-Marangoni-Bénard对流不稳定性特征分析结果表明,热振动效应可以明显影响系统不稳定模态在机械耦合和热耦合模式之间的转换规律,并发现了系统振荡不稳定性的新耦合模式。系统分析了热振动对两层流系统振荡稳定性区域Hopf分叉区域的影响,结果表明,由于垂直方向热振动的存在,振荡区域在厚度比上的分布会发生改变,振荡区域的临界参数也会发生变化。   最后,本文研究了热振动对存在变形界面的两层流系统稳定性的影响,分析结果得到,系统稳定性对热振动的影响是十分敏感的。
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