球形 1 kg 质量原器自由对流效应的抑制
流体动力学
2021-02-16 v1
摘要
我们通过使用谱元方法的二维和三维直接数值模拟，研究了球形 1 kg 质量标准附近自由对流过程。我们的重点在于确定并抑制高精度质量比较仪中由质量标准与其环境之间毫开尔文量级温差所引起的上升力——这是高精度质量测定中系统不确定度的来源。首先给出一个二维模型，该模型在高达 15 mK 的较小温差下与先前的实验室测量吻合良好。针对位于腔室中心的质量标准，讨论了方形域不同边界条件与边长的影响。随后在带有附加内置反向加热结构（位于质量标准上方的平板或半球壳形式）的构型中增加了复杂度。后者可实现上升力的完全补偿。封闭立方腔中的三维模拟证实了二维结果，并额外揭示了质量标准附近复杂的二次流型。通过对比所选参数范围内努塞尔数随瑞利数的变化，也展示了内置结构导致热传递的减少。我们的模拟表明，此类附加结构措施可通过抑制自由对流及相关系统不确定度来提升质量测定的精度。
引用
@article{arxiv.2011.05293,
title = {Suppression of free convection effects for spherical 1 kg mass prototype},
author = {Sebastian Sachs and Thomas Fröhlich and Jörg Schumacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.05293},
year = {2021}
}
备注
29 pages, 20 figures