微重力静态变形界面流动及稳定性研究

本项目将利用完全谱方法对具有静态变形界面流动以及盘-柱界面流动进行数值模拟，研究界面变形及界面旋转对基本流态及流动边界层结构的影响。采用通用Poisson方程法求解压力。利用基于非正交网格和完全谱方法的三维稳定性分析程序对界面流动进行稳定性分析,研究界面变形和界面旋转对临界失稳Reynolds数、失稳模态及频率的影响。在轴向及径向采用Chebyshev多项式, 在周向采用Fourier展开。对于小Prandtl数熔体，通常熔体表面伴随着蒸发或者冷凝。将研究蒸发或者冷凝对基本流态及临界失稳Reynolds数的影响。具有静态变形界面的流动是微重力流体力学领域中一个很重要的课题。通过对微重力环境下变形界面流动及其振荡机制的研究,可以掌握变形界面流动及其振荡对晶体凝固界面形态以及晶体中杂质及掺杂分布的影响, 并为微重力流体管理应用及材料制备提供理论基础。

在本项目中，我们发展了基于完全谱方法的数值模拟程序，采用Poisson方程方法求解压力场。对具有静态变形界面流动以及旋转圆盘之间的流动进行了数值模拟，研究了界面变形及界面旋转对基本流态及流动边界层结构的影响。发展了基于非正交网格和完全谱方法的三维稳定性分析程序，在轴向及径向采用Chebyshev多项式, 在周向采用Fourier展开。对界面流动进行了稳定性分析，研究了界面变形和界面旋转对临界失稳Reynolds数、失稳模态及频率的影响。对于长细比在0.05和0.4之间的小Prandtl数界面流动(Pr = 0.01 和0.001)，其最不稳定模态m与长细比A的积趋向常数0.8。具有静态变形界面的流动是微重力流体力学领域中一个很重要的课题，通过对微重力环境下变形界面流动及其振荡机制的研究,可以掌握变形界面流动及其振荡对晶体凝固界面形态以及晶体中杂质及掺杂分布的影响, 并为微重力流体管理应用及材料制备提供理论基础。