由表面张力梯度引起的毛细对流在众多自然现象及工业生产中具有不可忽视的影响。在Czochralski法二元晶体生长过程中，坩埚外壁面和结晶界面间的温差在自由表面上产生了热毛细力；结晶界面处的偏析效应或不溶性杂质所形成的浓度差在自由表面上产生了溶质毛细力；晶体和坩埚旋转则会产生离心力和科氏力；常重力下温度和浓度的不均匀分布还会在熔体内产生浮力。由此可见，二元晶体生长过程中存在由多种驱动力耦合产生的复杂对流。为控制熔体流动以提高晶体质量，需要对这种在多种驱动力耦合作用下产生的复杂对流进行研究，分析其流动特性、失稳机理及流型演变规律。在已有研究成果中，关于双组份溶液毛细对流的研究较少且局限于静止系统。因此，对旋转系统中双组份溶液毛细对流的研究不仅可以从理论上丰富和发展复杂流动动力学理论，还可为二元晶体生长工艺的改进提供理论指导。基于上述背景，本课题对旋转环形液池中双组份溶液毛细对流的复杂特性进行了实验和数值模拟研究。探究了双组份溶液毛细对流在旋转环形液池中的基本流态、流动稳定性及振荡流动特性，揭示了流动失稳机理和流型演变规律。具体研究内容如下：
　　首先，通过毛细对流可视化实验系统和三维数值模拟研究了旋转环形液池内受Soret效应影响的热毛细对流，探究了泰勒数和液池深宽比对双组份溶液热毛细对流的稳定性及失稳后产生的振荡流型的影响。结果表明，旋转液池内受Soret效应影响的热毛细对流的基础流为逆时针流胞形成的轴对称稳态流动，液池旋转对基础流径向流动的影响较小，但会明显增大流体的相对周向流动。临界热毛细雷诺数随泰勒数的增大而增大，随深宽比的增大而减小。泰勒数和深宽比的变化会明显改变双组份溶液热毛细对流失稳后产生的振荡流型。随着泰勒数的增大，液池中会出现HTWs和内部波动共存的振荡流型，内部振荡由包含在基态流动中的旋转流胞产生，其在流体内部引起了较大的温度波动并使自由表面的温度波动随泰勒数的增大而增大。自由表面存在HTWs引起的拟周期振荡和内部波动引起的频率较低的单频振荡。
　　然后，通过数值模拟研究了微重力环境中旋转环形液池内的热-溶质毛细对流，绘制了不同毛细比时临界热毛细雷诺数随泰勒数的变化曲线，确定了不同毛细比时流动失稳后的流型演变规律，并探讨了不同振荡流型的流动结构及形成机理。结果表明，在热毛细雷诺数较小时，热-溶质毛细对流的流动状态可以根据毛细比划分为三种类型。旋转对这三种流动状态的影响不同，因此临界热毛细雷诺数随泰勒数的变化规律与毛细比Rσ密切相关。随着泰勒数的增大，在Rσ=-1时，热-溶质毛细对流的临界热毛细雷诺数先下降，然后基本保持不变；在Rσ=-0.5和-0.8时，临界热毛细雷诺数先增加，然后逐渐下降，最后保持相对稳定；在Rσ=-1.25和-2时，临界热毛细雷诺数先急剧下降，然后逐渐增大。流动失稳后产生的振荡流型由毛细比、热毛细雷诺数和泰勒数共同决定。在Rσ=-1时，基础流失稳为径向扰动引起的行波。在静止液池中，行波流型中存在多个突变点，突变点处的浓度波动在液层内部形成直条幅波并使行波的传播方向产生周期性的改变。在Rσ=-1.25时，热-溶质毛细对流在不同泰勒数时会形成HSWs-DC流型、两类HSWs共存的流型和两组HSWs-DCR共存的流型。溶质毛细力和热毛细力的相互干扰使Rσ=-2时的热-溶质毛细对流易进入混沌状态，泰勒数的增大有助于抑制流体的紊乱流动。
　　最后，通过三维数值模拟研究了常重力环境下旋转环形液池内的热-溶质毛细-浮力对流。探讨了毛细比及泰勒数对热-溶质毛细-浮力对流的基础流、流动稳定性及流型演变的影响。结果表明，当毛细比不同时，旋转对热-溶质毛细-浮力对流的基础流流动结构以及流动稳定性的影响不同。Rσ=-0.5、-0.8和-1时的临界热毛细雷诺数随泰勒数的增大先增加后减小；Rσ=-1.25和-2时的临界热毛细雷诺数则随泰勒数的增大单调递增。热-溶质毛细-浮力对流的流型演变与毛细比及泰勒数密切相关。在泰勒数较小时，Rσ=-0.5和-0.8时的热-溶质毛细-浮力对流由热毛细力主导，流动只会产生一次流型转变。溶质毛细力和泰勒数的增大都会使热-溶质毛细-浮力对流的流型演变变得更加复杂。