浮区法是目前工业制取高质量晶体的主要方法之一,此方法也被视为空间材料制备的最有效、最具优势的方法。研究周围气流对液桥流场的影响有助于改进浮区法,因此周围剪切气流对液桥稳定性的影响逐渐成为现代空间科学的研究重点。本文研究了由周围剪切气流引起的液桥自由面的动态变形。国际上,关于液桥自由面动态变形研究逐渐引起学界关注,而周围剪切气流引起的液桥自由面动态变形研究刚刚起步。本研究在国内率先开展了周围剪切气流对液桥自由面动态变形影响的研究,填补了这方面研究的空白。实验中液桥的介质为5cSt硅油(普朗特数Pr=68),周围气流采用氮气。实验是在地面正常重力下进行的,实验中的控制变量有剪切气流的速度大小、方向以及液桥体积和高度。由于实验是在正常重力下进行的,液桥的静态变形是不可避免的。本实验拍摄得到的液桥图像经过图像的预处理,得到理想的图像效果,通过MATLAB编写程序,提取自由面坐标点,得到液桥自由面的动态变形。这些光学图像是由高速摄像机拍摄得到的,对其的分析可以使研究尺寸达到微米级别。本文通过控制液桥体积和高度以及剪切气流的速度大小和方向进行了一系列实验,得到了以下结果:1.表面剪切气流产生的剪切力在实验中有着重要的作用,并且针对一些体积的液桥,自由面的动态变形与剪切气流速度大小是成线性关系的,即其他参数一定而剪切气流速度由1m/s逐渐增加到2m/s时,液桥自由面动态变形线性增大。2.液桥体积和高度以及表面剪切气流的方向对液桥自由面动态变形有重要影响。当气流方向与重力相同时,即从上部通气且高径比为1时,在临界体积比0.862之前,自由面的变形随体积的增大而减小,超过这一体积时,随体积比增加变形逐渐增大,在这过程中变形曲线形状始终类似正弦曲线。当气流方向与重力相反时,即从下部通气且高径比为1时,在临界体积比0.979之前,自由面的变形随液桥体积的增大而减小,变形曲线形状类似正弦曲线。超过这一体积时,自由面的变形随液桥体积的增大而增大,变形曲线呈现类似双峰曲线形状。在高径比为1.2,临界体积比为0.939时,自由面动态变形的规律与前者类似。3.液桥体积和重力水平决定了液桥的形状,这种形状的差异影响了气流剪切力的分布,进而导致液桥自由面动态变形规律的差异。