微重力下静态磁场对浮区法硅单晶生长的影响

考虑晶体生长界面的变形,利用有限体积方法对侧面加热的空间全浮区法硅单晶生长中熔区内的热质传输、流场及晶体生长界面位置和形态特征进行了数值研究。应用不同中等强度的轴向磁场和勾型磁场对硅熔体内的热毛细对流进行抑制。分析了静态磁场不同强度下熔区中的对流模式,研究表明,轴向和勾型磁场均能有效抑制熔体内的对流,并将热毛细对流挤压到自由表面附近。轴向磁场可有效抑制熔体的径向流动,但难以有效抑制轴向对流;勾型磁场则可以达到更好的控制熔体对流的效果。对不同强度下的固液面形态及位置分析发现:轴向磁场下固液面基本和无磁场时的重合,但磁场强度较小时固液面在自由表面边缘处向单晶侧有个凸起;勾型磁场作用下的固液面比较平滑,其中心区域较无磁场时整体向z轴正向偏移。研究结果可对浮区法晶体生长中获得高质量晶体提供帮助。

自由活塞式斯特林发动机的性能优化

以Simple分析法为基础,扩展针对自由活塞式斯特林发动机的分析软件,研究各项设计参数对自由活塞式斯特林发动机性能的影响,并对各项设计参数进行优化。结果表明:发动机性能随回热器孔隙率和相位角的变化有最佳值,而随系统平均压力和频率的增加而增加;当加热器和冷却器长径比(L/g)大于10时,环形间隙(g)越小,发动机输出功率与热效率越高;发动机输出功率随回热器长径比的增加而减小,热效率随回热器长径比的增加而增加;而发动机性能随加热器与冷却器长径比的变化有最佳值。

微重力下温差对液桥自由界面变形的影响

浮区法是一种无坩埚容器接触、生长高质量单晶的重要晶体生长技术。微重力环境下,热毛细对流成为熔体中的主要对流,因此,研究浮区法晶体生长中热毛细对流的不稳定性具有重要意义。本文利用VOF自由表面追踪模型来捕捉自由界面的运动,数值研究了微重力下动态自由界面液桥内热毛细对流特性及温差(△T)对自由界面变形的影响。结果显示,在较强的温差作用下,整个熔区出现三维不稳性的热毛细对流振荡,并且随着温差的增加,振荡强度增强,振荡波数也随之增加;自由界面呈现出冷、热壁面膨胀而中间收缩的"瓶颈"状分布。自由界面变形率随温差先增长较快,后增长较慢。