《微重力流体力学》

目录1

第一章 微重力流体科学概论1

一、微重力科学与微重力流体科学1

1 微重力环境1

2 重力的影响2

3 微重力流体科学的发展4

二、微重力流体力学概述5

1 对流5

2 扩散及输运现象9

3 液滴和气泡动力学10

4 多相流过程12

5 残余重力效应13

6 其他流体力学问题14

三、微重力物理化学概述15

1 临界现象15

3 分散体悬浮系统16

2 燃烧16

4 晶体生长的物理化学问题17

四、微重力流体科学的研究途径18

1 微重力研究的一般途径18

2 微重力实验手段20

参考文献23

第二章 基本方程组和流体运动特性24

一、引言24

二、连续性方程和迁移方程25

三、动量方程27

1 流体的粘性——Reynolds应力27

2 动量守恒定律29

3 Navier-Stokes方程30

四、能量方程31

1 总能量方程31

2 动能方程31

4 粘性耗散函数32

3 内能方程32

6 不可压流体的导热方程33

5 Fourier定律及另外二种形式的能量方程33

五、Newton流体的运动方程组及定解条件35

1 基本方程组和适定性35

2 定解条件36

六、Boussinesq近似及适用范围43

七、相似律和无量纲参数48

1 利用Buckinghan？定理导出相似参数49

2 微重力流体力学的有关物理量和无量纲参数50

参考文献52

第三章 毛细现象以及界面的平衡和稳定54

一、引言54

二、表面张力的物理描述55

三、液体射流的表面不稳定60

1 基本方程组和基态62

3 本征值方程及其解63

2 小扰动的线性化方程63

四、等温条件下液桥的平衡位型和稳定66

1 表面张力作用下的平衡条件66

2 毛细稳定性68

3 旋转稳定性71

五、液桥的流体动力学稳定理论72

1 基本假设和液桥的平衡条件73

2 稳定问题的数学提法73

3 液桥的Liapunov稳定理论75

4 特殊情形（Ω0=μ=0）以及纯半波不稳定（n=1,m=1）77

5 小扰动方程的变分方程78

6 小Weber数和大Reynolds数情形的不稳定发展率79

7 液桥微重力实验的结果的分析80

8 讨论和结论81

参考文献82

1 自由面不变形时的小扰动分析84

第四章 对流和扩散84

一、Pearson对流84

2 自由面可变形情形88

3 非线性理论91

4 多层不混溶液体系统93

二、热毛细对流95

1 矩形容器中的热毛细对流96

2 柱形液桥的热毛细对流99

3 半浮区液桥热毛细对流的数值模拟100

4 薄层液体的热毛细对流102

三、热毛细振荡对流的实验研究105

1 液桥内部的温度振荡105

2 热毛细对流的表面振荡109

3 综合测量111

四、热毛细对流的振荡机理113

1 热流体波不稳定性114

2 表面波不稳定性118

3 有限高度液桥的线性不稳定性120

4 三维不定常数值模拟122

5 重力的影响124

6 一种非稳定性理论124

7 关于振荡的激发机制125

参考文献126

第五章 液滴动力学128

一、等温液滴动力学128

1 球形液滴的振荡128

2 不混溶液体中球形液滴的振荡131

3 弱非线性理论134

4 实验模拟137

二、非等温液滴的Marangoni迁移139

1 定常线性化理论（小Reynolds数，小Marangoni数）139

2 非线性理论140

3 实验结果142

三、液滴和气泡的相互作用147

1 双气泡的轴对称理论147

2 多液滴的轴对称理论149

四、旋转液滴的演化序列和分叉理论153

1 旋转液滴的演化153

2 旋转液滴的Thomson-Tait稳定准则154

3 长期稳定性和动力稳定性155

4 长期稳定性真实性的实验证明156

5 结论159

参考文献159

第六章 微重力材料流体力学161

一、晶体生长过程161

二、纯扩散过程163

1 一维扩散过程163

2 二维扩散过程164

3 固－液界面弯曲对径向分凝的影响166

三、浮区晶体生长169

1 浮区的热毛细对流171

2 浮区的熔质毛细对流174

3 浮区对流的振荡特征（小Prandtl数对流）177

4 耦合过程180

四、溶液晶体生长182

1 溶液晶体生长的相变界面过程182

2 一维纯扩散过程184

3 准定常溶液晶体生长过程185

4 不定常溶液生长过程188

五、气相晶体生长192

1 气相晶体生长过程193

2 一维模型195

3 物理气相输运中的对流效应196

4 化学气相沉积（CVD）过程198

参考文献201