图2.2. GO/PF凝胶的轴对称环形极向结构的特征。
不同类型流动行为主要取决于容器的几何外形和加热温度（图3）。研究人员借助数值模拟发现，除了环形流场，在反应釜底部还会出现流动失稳现象，导致底部的流动变得混乱（图4）。该工作不仅表明在水热合成中有着丰富且复杂的流动现象，而且也为流场的非原位可视化提供了一种新方法。
图3.间歇式水热反应釜中温度场和流场的有限元模拟。
图4. 用理论模型揭示间歇式水热反应釜的流动规律。
研究结果表明，水热釜中的流场对纳米材料合成的影响是不可忽视的。尤其是在使用大体积反应釜进行规模化制备高长径比材料或由纳米基元构建的凝胶材料时，流场的影响将会更加明显。不稳定的流场会产生预料之外的杂质或三维块材内部结构不均匀等现象（图5）。促进对流的任何操作都近似于进行机械搅拌，也会破坏水热产物或导致意外的杂质，或破坏凝胶微结构。这不仅为我们提供了有用的指导，而且还提醒我们注意，批水热合成的简单放大不一定可行，尤其是对于某些纳米线、纳米片和整体式凝胶。这项研究对今后水热法合成纳米材料技术的发展具有重要的指导意义。
图5. 纳米材料在不同大小反应釜中的合成。
【总结】
对流是由间歇式水热反应釜中传热不均匀引起的温度差引起的。温度梯度和密度差进一步导致浮力驱动的自然对流，从而在反应釜中形成对称的环形流场。间歇式水热反应釜内部的温差和几何对称性构成了环形对流，这是根据GO/PF热固多孔气凝胶的结构模式和理论计算推断的。溶液粘度和反应釜参数（包括直径、高度和形状）对对流也显示出很大的影响。具体表现为，流体行为主要取决于瑞利数Ra。高的瑞利数通常会由于流动不稳定性而导致在反应釜底部产生羽流。这些结果有助于更好地理解间歇式批水热合成纳米材料。