微重力条件下分离结晶过程中熔体热毛细对流的数值模拟

用有限差分法对微重力条件下分离结晶生长中的熔体热毛细对流进行了数值模拟,熔体的深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B取0 05、0 075和0.1;得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的流函数分布和温度分布图,研究了流型的演变过程和流动的失稳机制,结果表明:当Marangoni(Ma)数比较小时,流动为稳态流动并只存在于自由界面附近,随着Ma数的增加,流动增强并逐步向熔体内部扩展,熔体内部温度分布的非线性性增加,自由界面速度增大;Ma数超过某一临界值后,流动转化为非稳态流动;流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后.

分离结晶过程中熔体热毛细对流的转变

为了了解微重力条件下新型分离结晶生长过程中熔体热毛细对流的基本特征,利用有限差分法进行了数值模拟,熔体深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B分别取0.05、0.075和0 1。当熔体上表面为自由表面时,得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的流函数和温度分布。计算结果表明:当Ma数较小时,在上下两个自由表面的表面张力的驱动下,熔体内部产生了两个流动方向相反的流胞,流动为稳态流动,随着Ma数的增加,上下自由表面速度增大,温度分布的非线性增加;当Ma数超过某一临界值后,流动将转化为非稳态流动;与熔体上表面为固壁时相比,A=1时的临界Ma数减小,而A=2时的临界Ma数增大;流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后。

分离结晶Bridgman法晶体生长过程的影响因素

本文采用全局数值模拟方法探讨了微重力条件下温度梯度对分离结晶Bridgman法晶体生长系统的作用规律。同时,在常重力条件下研究了坩埚半径对晶体生长系统的影响。结果发现,在微重力条件下随着温度梯度的增加,晶体生长系统内部的流动强度随之增加,且由于晶体生长系统低温区温度不断降低,使得结晶界面位置不断上升;在常重力条件下,重力的作用随着坩埚半径的增加而增强,导致晶体生长系统内部的流动强度增加,最大流函数增大。

新型分离结晶法的三维数值模拟研究

本文借助三维数值模拟的方法,对微重力条件下新型分离结晶Bridgman生长过程中熔体内部的热毛细对流进行模拟计算。结果表明:(1)Ma数较小时,流动为稳态流动;当Ma数超过一定数值后,流动发展为非稳态热毛细对流。(2)狭缝宽度越大,流动越容易失稳。(3)随着高径比的增大,狭缝处流胞的流动范围增大。