高径比对GaAs熔体液桥热毛细对流失稳的影响

• 作者: 周游 曾忠 刘浩 张良奇
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 物理学
• 关键词: 谱元法 液桥 热毛细对流 线性稳定性分析
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 微重力流体物理专题|Theme Articles on Microgravity Fluid Physic
• 页码范围: 301-315
• 页数: 15页
• 分类号: O35
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-21-227

摘要

采用基于谱元法线性稳定性分析方法,研究了高径比对GaAs熔体(Pr=0.068)液桥热毛细对流失稳的影响,同时结合能量分析揭示了热毛细对流的失稳机制.研究结果表明:与典型低普朗特数(例如Pr=0.011)熔体静态失稳模式和典型高普朗特数(例如Pr>1)熔体振荡失稳模式不同,GaAs熔体热毛细对流失稳模式依赖于液桥高径比(As).随高径比的变化,GaAs熔体热毛细对流存在两种失稳模式.高径比As在0.4≤As≤1.18范围内,热毛细对流失稳是从二维轴对称定常对流转变为三维周期性振荡对流(振荡失稳);高径比在1.20≤As≤2.5范围内,热毛细对流失稳是从二维轴对称定常流动转变为三维定常流动(静态失稳).典型的高普朗特数熔体液桥热毛细对流失稳机制是热毛细机制;典型的低普朗特数液桥热毛细对流失稳机制是水动力学惯性机制.本文基于扰动能量分析的结果表明:GaAs熔体热毛细对流失稳同时包括水动力学惯性失稳机制和热毛细失稳机制的贡献,其中水动力学惯性失稳机制占主导作用,两种机制对热毛细对流失稳能量贡献的占比随高径比的变化而变化.