Marangoni数对三维变形液滴热毛细迁移的影响：恒为准定态？

本项目研究在三维变形液滴的热毛细迁移过程中Marangoni(Ma)数对准定态假设的影响。首先,针对前期大Ma数下液滴热毛细迁移的准定态理论分析和数值计算结果与实验测量结果存在定性偏差，将开展与实验具有相同坐标系的数值模拟，考查在三维变形和不同的Ma数情况下，液滴迁移是否能够达到准定态过程。针对准定态迁移过程，确定迁移速度与Ma数的变化行为，发展准定态迁移的理论分析解。针对非准定态迁移过程，确定固定迁移距离下瞬时迁移速度对Ma数的依赖性,分析迁移过程不能达到准定态的物理机制。其次，研究在不同的Ma数和密度比条件下液滴变形的大小和对迁移过程的作用，以及在有限通道中壁面粘滞力对液滴保持准定态迁移过程的影响。最后，数值模拟不同的Ma数下两、三个液滴在热毛细迁移中相互作用的动力学过程，探求更多的锁频（周期）现象，判定准定态假设在多个液滴相互作用过程中的合理性，揭示相应的物理机制。

围绕着微重力环境下非均匀温度场中Marangoni数对液滴热毛细迁移影响的主题开展了系统研究，研究成果包括发现了大Marangoni数下定态液滴热毛细迁移存在非守恒的界面积分热流，意味着液滴终态热毛细迁移保持为非定态。其物理机制在于通过界面弱的热传导不能提供足够的热能来增加液滴内部的温度，使得定态迁移不能达到。两组空间实验结果和已有的理论分析和数值模拟结果定性不符的原因在于后者采用无效的准定态假设。通过在液滴内部附加热源可以保证积分界面热流守恒，使得液滴迁移达到定态，并解析求得定态迁移速度。