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Effect of Marangoni Convection on Mass Transfer in Liquid Phase 被引量:4
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作者 余黎明 曾爱武 余国琮 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2006年第6期391-398,共8页
Marangoni convection and its influence on the mass transter in the liquid phase were investigated. Marangoni convection was visualized using laser Schlieren technique, Orderly polygonal convection patterns and random ... Marangoni convection and its influence on the mass transter in the liquid phase were investigated. Marangoni convection was visualized using laser Schlieren technique, Orderly polygonal convection patterns and random interfacial turbulence were observed. The effect of Marangoni convection on the mass transfer rate was studied by desorbing ethanol from aqneous solution in the falling film. The experimental results show that Marangoni convection can speed up the surface real and enhance the mass transfer rate in the liquid phase.The liquid mass transfer coefficient can be enhanced by as much as 3 folds. The corresponding empirical correlations are given in terms of the mass transfer enhancement factor. Furthermore, in considering the Marangoni effect, the conventional mass transfer correlation was modified, The differences between the values predicted by the correlation and the experimental data are within ±8.2% and the average difference is 4.2%. 展开更多
关键词 marangoni convection Schlieren technique enhancement factor Sherwood number
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双自由面溶质-热毛细液层的不稳定性 被引量:3
2
作者 赵诚卓 胡开鑫 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期291-300,共10页
溶质-热毛细对流是流体界面的浓度和温度分布不均导致的表面张力梯度驱动的流动,它主要存在于空间微重力环境、小尺度流动等表面张力占主导的情况中,例如晶体生长、微流控、合金浇筑凝固、有机薄液膜生长等.对其流动进行稳定性分析具有... 溶质-热毛细对流是流体界面的浓度和温度分布不均导致的表面张力梯度驱动的流动,它主要存在于空间微重力环境、小尺度流动等表面张力占主导的情况中,例如晶体生长、微流控、合金浇筑凝固、有机薄液膜生长等.对其流动进行稳定性分析具有重要意义.本文采用线性稳定性理论研究了双自由面溶质-热毛细液层对流的不稳定性,得到了两种负毛细力比(η)下的临界Marangoni数与Prandtl数(Pr)的函数关系,并分析了临界模态的流场和能量机制.研究发现:溶质-热毛细对流和纯热毛细对流的临界模态有较大的差别,前者是同向流向波、逆向流向波、展向稳态模态和逆向斜波,后者是逆向斜波和逆向流向波.在Pr较大时,Pr增加会降低流动稳定性;在其他参数下,Pr增加会增强流动稳定性.在中低Pr,溶质毛细力使流动更加不稳定;在大Pr时,溶质毛细力的出现可能使流动更加稳定;在其他参数下,溶质毛细力会减弱流动稳定性.流动稳定性不随η单调变化.在多数情况下,扰动浓度场与扰动温度场都是相似的.能量分析表明:扰动动能的主要能量来源是表面张力做功,但其中溶质毛细力和热毛细力做功的正负性与参数有关. 展开更多
关键词 溶质-热毛细 液层 不稳定性 marangoni 双自由面
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基于数值仿真的Al_2O_3陶瓷激光选区熔化表面微观组织形成机理研究 被引量:2
3
作者 马瑞芩 张凯 +2 位作者 韦辉亮 刘婷婷 廖文和 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期48-55,共8页
基于数值仿真和实验研究了Al_2O_3陶瓷激光选区熔化(SLM)成形表面凝固组织的形成机理。结果表明:Al_2O_3陶瓷SLM成形具备发生贝纳德-马兰戈尼表面失稳的条件,随着激光能量减小,对流接近稳态;基板预热能够改变贝纳德-马兰戈尼对流状态;... 基于数值仿真和实验研究了Al_2O_3陶瓷激光选区熔化(SLM)成形表面凝固组织的形成机理。结果表明:Al_2O_3陶瓷SLM成形具备发生贝纳德-马兰戈尼表面失稳的条件,随着激光能量减小,对流接近稳态;基板预热能够改变贝纳德-马兰戈尼对流状态;低激光功率、快扫描速度、低预热温度有助于形成稳态液体表面的层流流动。 展开更多
关键词 激光技术 表面微观组织 激光选区熔化 陶瓷 贝纳德-马兰戈尼失稳 马兰戈尼数
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Bingham流体双自由面热毛细液层的稳定性分析 被引量:1
4
作者 王胜 胡开鑫 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3398-3407,共10页
热毛细对流是流体界面温度分布不均导致的表面张力梯度驱动的流动.它主要存在于空间等微重力环境或小尺度流动等表面张力占主导的情况中.在很多工业领域,如晶体生长、聚合物加工、喷墨打印、微流控,产品质量都与热毛细对流密切相关.空... 热毛细对流是流体界面温度分布不均导致的表面张力梯度驱动的流动.它主要存在于空间等微重力环境或小尺度流动等表面张力占主导的情况中.在很多工业领域,如晶体生长、聚合物加工、喷墨打印、微流控,产品质量都与热毛细对流密切相关.空间3D打印是太空制造的重要技术,可以支持空间站的在轨长期有人照料的运行和维护,实现按需制造.本文以聚合物流体的空间3D打印为应用背景,采用线性稳定性理论研究了Bingham流体双自由面热毛细液层的稳定性,得到了在不同Bingham数(B)下的临界Marangoni数(Mac)与Prandtl数(Pr)的函数关系,分析了临界模态的流场和能量机制.研究发现:该流动的临界模态包括流向波和斜波模态,与B, Bi和两界面垂直方向上的温差(Q)相关. B和Bi的增加会增强热毛细对流的稳定性.当Q=0时,扰动温度分布分成对称和反对称两种情况.当Q> 0时, Pr的增加会减弱流动稳定性.在小Pr情况下,扰动温度分布在整个流场,在大Pr情况下,扰动温度在栓塞区为零.能量分析表明:扰动动能的主要能量来源是表面张力做功,但小Pr数下基本流也有一定贡献. 展开更多
关键词 热毛细对流 Bingham流体 稳定性 marangoni
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微重力条件下Marangoni数对分离结晶过程的影响 被引量:1
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作者 彭岚 张伟 +1 位作者 李友荣 孟海泳 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期556-562,共7页
为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了三维数值模拟。当熔体顶部分别为自由表面及固壁边界条件时,得到了新型分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的速度分布和温度分布。结... 为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了三维数值模拟。当熔体顶部分别为自由表面及固壁边界条件时,得到了新型分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的速度分布和温度分布。结果表明:熔体顶部为自由表面时,当Marangoni数较小时,在上自由表面和下部狭缝处自由表面的表面张力的驱动下,熔体内部产生了逆时针和顺时针两个流动方向相反的流胞,此时熔体内的流动状态为稳态;随着Marangoni数进一步的增大,流胞的流动逐渐增强并逐步向熔体内部扩展,熔体内部温度分布非线性增强,上自由表面和下部狭缝处自由表面处速度增大;当Marangoni数超过某一临界值后,流动转化为非稳态流动。当熔体顶部为固壁时,与熔体顶部为自由表面时相比,临界Marangoni数增大。流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后。 展开更多
关键词 新型分离结晶 marangoni CDZNTE晶体 热毛细对流 数值模拟
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The Onset of Buoyancy and Surface Tension Driven Convection in a Ferrofluid Layer by Influence of General Boundary Conditions
6
作者 Mahesh Kumar Ramachandraiah Savitha Basavaraju 《Open Journal of Fluid Dynamics》 2022年第1期56-68,共13页
This paper investigated the buoyancy and surface tension-driven ferro-thermal-convection (FTC) in a ferrofluid (FF) layer due to influence of general boundary conditions. The lower surface is rigid with insulating to ... This paper investigated the buoyancy and surface tension-driven ferro-thermal-convection (FTC) in a ferrofluid (FF) layer due to influence of general boundary conditions. The lower surface is rigid with insulating to temperature perturbations, while the upper surface is stress-free and subjected to general thermal boundary condition. The numerically Galerkin technique (GT) and analytically regular perturbation technique (RPT) are applied for solving the problem of eigenvalue. It is analyzed that increasing Biot number, decreases the magnetic and Marangoni number is to postponement the onset. Additionally, magnetization nonlinearity parameter has no effect on FTC in the non-existence of Biot number. The results under the limiting cases are found to be in good agreement with those available in the literature. 展开更多
关键词 marangoni number Ferrothermal Convection Insulating Regular Perturbation Technique Galerkin Technique
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地面分离结晶过程中熔体内部的流动特征
7
作者 李震 彭岚 +1 位作者 李友荣 屠竞毅 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期93-97,共5页
为掌握地面条件下分离结晶过程中熔体内部的流动规律,采用有限差分法对分离结晶生长CdZnTe晶体熔体内热毛细-浮力对流作了三维数值模拟,在计算过程中熔体无量纲高度H取1,无量纲气缝宽度B分别取0.100,0.075,0.050和0.025.结果表明:当Mara... 为掌握地面条件下分离结晶过程中熔体内部的流动规律,采用有限差分法对分离结晶生长CdZnTe晶体熔体内热毛细-浮力对流作了三维数值模拟,在计算过程中熔体无量纲高度H取1,无量纲气缝宽度B分别取0.100,0.075,0.050和0.025.结果表明:当Marangoni数较小时,熔体流动呈较弱的稳态流动;随着Marangoni数增加,熔体内部流动逐渐增强,温度梯度逐渐加大;当Marangoni数超过临界值,流动转变成非稳态流动,熔体内部流场和温度场出现振荡;随着气缝宽度减小临界Marangoni数增大. 展开更多
关键词 晶体生长 数值模拟 分离结晶 热毛细-浮力对流 marangoni
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Wavenumber Selection by Bénard-Marangoni Convection at High Supercritical Number
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作者 吴笛 段俐 康琦 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2017年第5期80-83,共4页
Marangoni Benard convection, which is mainly driven by the thermocapillary (Marangoni) effect, occurs in a thin liquid layer heated uniformly from the bottom. The wavenumber of supercritical convection is studied ex... Marangoni Benard convection, which is mainly driven by the thermocapillary (Marangoni) effect, occurs in a thin liquid layer heated uniformly from the bottom. The wavenumber of supercritical convection is studied experimentally in a 160×160-mm^2 cavity that & heated from the bottom block. The convection pattern & visualized by an infrared thermography camera. It is shown that the onset of the Benard cell is consistent with theoretical analysis. The wavenumber decreases obviously with increasing temperature, except for a slight increase near the onset. The wavenumber gradually approaches the minimum when the supercritical number e is larger than 10. Finally, a formula is devised to describe the wavenumber selection in supercritical convection. 展开更多
关键词 Wavenumber Selection by B nard-marangoni Convection at High Supercritical number
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受热降膜Marangoni效应临界状态表征 被引量:3
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作者 赵贤广 张志炳 《化工时刊》 CAS 2010年第12期1-6,共6页
采用红外热成像技术,研究了水和Na2SO4水溶液受热降膜的Marangoni效应及对降膜流动的影响。发现在降膜的流向和径向都存在热Marangoni效应,但Marangoni数却不能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度。因而引入Marangoni效应影... 采用红外热成像技术,研究了水和Na2SO4水溶液受热降膜的Marangoni效应及对降膜流动的影响。发现在降膜的流向和径向都存在热Marangoni效应,但Marangoni数却不能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度。因而引入Marangoni效应影响因子ε。结果表明,ε能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度,且不同溶液受热降膜存在一个近似相同的临界值(εLc)。当εL>εLc,降膜流向热Marangoni效应将引起降膜明显的扰动。根据εLc值,可获得临界Marangoni数MaTc,L。 展开更多
关键词 marangoni效应 影响因子 降膜 临界marangoni 红外热成像
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细长坩埚内分离结晶过程中熔体流型的转变
10
作者 彭岚 张伟 李震 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期51-56,共6页
在微重力条件下,采用有限差分法对细长坩埚(无因次高径比A取2)内分离结晶生长CdZnTe晶体过程中的熔体热毛细对流进行了三维数值模拟。选取狭缝宽度B为0.1、0.075及0.05,考虑熔体顶部为固壁边界条件,得到了分离结晶过程中熔体热毛细对流... 在微重力条件下,采用有限差分法对细长坩埚(无因次高径比A取2)内分离结晶生长CdZnTe晶体过程中的熔体热毛细对流进行了三维数值模拟。选取狭缝宽度B为0.1、0.075及0.05,考虑熔体顶部为固壁边界条件,得到了分离结晶过程中熔体热毛细对流的速度和温度分布,着重分析了熔体内部流型的转变过程。结果表明:当Marangoni数较小时,在下自由表面的表面张力作用下,熔体内部会产生顺时针方向的流胞,熔体的流动为稳态且流动较弱,但随着Ma数的增大,熔体的流动范围逐渐增大并且强度不断增强,熔体内部温度的非线性分布逐渐加剧;当Marangoni数超过某一临界值后,熔体内部的流动将由稳态转变为非稳态。 展开更多
关键词 分离结晶 流型 细长坩埚 临界marangoni 数值模拟
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分离结晶过程中熔体热毛细对流的转变
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作者 彭岚 范菊艳 +1 位作者 唐经文 李友荣 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1831-1833,共3页
为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了数值模拟,熔体深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B分别取0.05、0.075和0 1。当熔体上表面为自由表面时,得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔... 为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了数值模拟,熔体深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B分别取0.05、0.075和0 1。当熔体上表面为自由表面时,得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的流函数和温度分布。计算结果表明:当Ma数较小时,在上下两个自由表面的表面张力的驱动下,熔体内部产生了两个流动方向相反的流胞,流动为稳态流动,随着Ma数的增加,上下自由表面速度增大,温度分布的非线性增加;当Ma数超过某一临界值后,流动将转化为非稳态流动;与熔体上表面为固壁时相比,A=1时的临界Ma数减小,而A=2时的临界Ma数增大;流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后。 展开更多
关键词 分离结晶 热毛细对流 微重力 转变 临界Ma数
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