微重力下Marangoni效應在熱管應用中的基礎研究.pdf

1、由表面張力梯度驅動的Marangoni對流是微重力流體科學的主要研究課題之一，在傳熱、晶體制備、冶金等研究領域有著重要的影響。在熱管的運行中，由于純液體的表面張力隨溫度升高而減小，傳統的Marangoni對流表現為氣液界面上由熱端指向冷端的流動，這對熱管內冷凝液體流回蒸發(fā)端是不利的。研究表明，一些二元溶液在一定的溫度和濃度范圍內表面張力隨溫度升高而增大，由此產生的由冷端指向熱端的流動被稱為逆Marangoni對流。將這種溶液作為熱管工質

2、，能夠增加工質回流的流量，提高熱管的性能。 本文利用吊片法對異丙醇、正丁醇、正戊醇水溶液在一定濃度和溫度范圍內的表面張力進行了實驗測量，結果顯示上述醇類的稀水溶液在40℃附近時，表面張力出現最小值，之后隨著溫度升高，表面張力隨之增大，而且醇類分子中碳原子數目增加，表面張力增加的幅度更為明顯。通過實驗觀察了小尺寸矩形液池內具有水平恒定溫差的逆Marangoni對流的流動情況。建立了微重力條件下二維逆Marangoni對流的物理和數

3、學模型，利用數值模擬得到了液池內的溫度場和速度場；分析了溫差、尺寸比、表面張力溫度系數對流動作用規(guī)律以及在重力環(huán)境下與浮力對流相互耦合后的情形，結果表明逆Marangoni對流主要表現為界面附近由冷端指向熱端的流動，且隨著溫差和表面張力溫度系數的增加流動加劇，并導致界面的不穩(wěn)定。與浮力對流耦合后，兩種流動由于方向相反而相互抑制和削弱，并受到Bond數的影響，隨著Bond數的增大，浮力對流逐漸占據主導地位，但逆Marangoni對流的影響