使用COMSOL Multiphysics 模拟马兰戈尼对流

发布网友发布时间：2024-10-09 16:19

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热心网友时间：2024-10-09 17:26

研究马兰戈尼对流，一种受界面表面张力梯度影响的效应，在各种过程中起着关键作用，包括焊接、晶体生长和电子束熔化。面对金属类型与高温度带来的挑战，开展分析变得困难，特别是当马兰戈尼效应与重力效应交织时。美国宇航局通过在微重力条件下进行实验，能够创建更大的硅油柱，深入研究流体中的流动性和不稳定性，且消除了重力影响，提高了实验结果的准确性。

COMSOL Multiphysics提供了分析马兰戈尼对流的工具，通过数值实验轻松模拟马兰戈尼对流，且能清楚地与微重力试验结果进行比较。首先，求解纳维-斯托克斯方程以建模流体速度场和压力分布，考虑温度变化对速度场的影响。接着，使用层流接口和流体传热接口求解动量守恒和传热方程。最后，通过马兰戈尼效应多物理场耦合，设置传热方程中的对流项，并施加与温度梯度成正比的剪切应力。

在仿真中，分析了不同温差下的马兰戈尼效应，结果显示随着温度差的增加，马兰戈尼效应变得越来越显著。对于相同的2K温差，通过消除重力影响，可以看出马兰戈尼效应是主要的流体驱动力。速度曲线在较冷的右壁边界出现峰值，体现了高普朗特数流体的特征。

通过数值仿真，分离重力与马兰戈尼效应变得简单，有助于理解每种效应。下载马兰戈尼效应教程，重现本文展示的结果，您将能够重现这个过程。尽管关注的是单相流，但考虑马兰戈尼效应在CFD模块和微流体模块的两相流接口中同样适用。