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Marangoni效应下多晶硅真空定向凝固杂质富集和铸锭质量的模拟与实验 被引量:2
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作者 张家豪 马文会 吕国强 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2023年第7期1-9,共9页
对于多晶硅垂直布里奇曼真空定向凝固过程,由熔体自由表面张力梯度引起的Marangoni对流对杂质富集和铸锭质量有着明显的影响。基于多晶硅真空定向凝固过程多物理场模型,采用数值模拟和实验结合研究了在Marangoni效应下硅料的温度场、流... 对于多晶硅垂直布里奇曼真空定向凝固过程,由熔体自由表面张力梯度引起的Marangoni对流对杂质富集和铸锭质量有着明显的影响。基于多晶硅真空定向凝固过程多物理场模型,采用数值模拟和实验结合研究了在Marangoni效应下硅料的温度场、流场、应力场对硅晶体质量的影响及硅锭中Al、Fe等杂质的分凝、富集规律。结果表明:Marangoni效应使硅锭内部的温度场分布更加均匀,硅料的轴向温度梯度降低,从而硅锭内部的热应力值要小于不存在此效应时硅锭内部的热应力值,热应力降低了8.7%~22.5%,且硅锭的应力范围在3.36~96.7 MPa。硅锭顶部金属杂质Al、Fe富集程度较高,界面Marangoni效应加强了金属杂质原子转移,其分布从最初的小面积块状转变成大面积网络状存在。 展开更多
关键词 多晶硅 真空定向凝固 marangoni效应 热应力 杂质富集
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多晶硅真空定向凝固过程Marangoni对流对铸锭质量的影响研究 被引量:2
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作者 多文超 杨玺 +4 位作者 何云飞 李秋菊 魏奎先 吕国强 马文会 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期515-523,共9页
对于多晶硅垂直布里奇曼真空定向凝固过程,熔体自由表面张力引起的Marangoni对流对晶体生长质量有着明显的影响。本文通过建立多晶硅真空定向凝固过程的热场-流场-应力场多场耦合数学物理模型,采用数值模拟和实验研究了Marangoni对流作... 对于多晶硅垂直布里奇曼真空定向凝固过程,熔体自由表面张力引起的Marangoni对流对晶体生长质量有着明显的影响。本文通过建立多晶硅真空定向凝固过程的热场-流场-应力场多场耦合数学物理模型,采用数值模拟和实验研究了Marangoni对流作用下熔体传热特性、熔体流动行为、铸锭热应力等因素对硅晶体生长质量的影响。结果表明:Marangoni对流会增强硅熔体流场的流动强度,使得硅熔体平均流速增大3倍左右,进而影响硅熔体内部的对流换热能力,使硅熔体和硅固体温度分布更加均匀,硅熔体温度梯度降低4.8%-9.9%,硅固体温度梯度降低2.1%-2.6%,使多晶硅铸锭过程产生更小的热应力和更少缺陷。 展开更多
关键词 真空定向凝固 marangoni对流 温度梯度 熔体流动 热应力
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Velocity of a Liquid Drop with a Sorption-Controlled Surfactant
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作者 陈晋南 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 1996年第2期116+107-116,共11页
The terminal velocity of a liquid droplet settling in a sulfactant solution has been studied for the non-linear adsorption Langmuir frameworks accounting for monolayer saturation and non-ideal surfactant interactions.... The terminal velocity of a liquid droplet settling in a sulfactant solution has been studied for the non-linear adsorption Langmuir frameworks accounting for monolayer saturation and non-ideal surfactant interactions. Most prior research uses a linear adsorption model which cannot capture these effects, The Maragoni migration of a liquid drop settling through a surfactant solution is examined by using Langmuir framework. The solution concentration Ceq is assumed large enough for the surfactant mass transfer to be adsorption-controlled. Langmuir model generates non-linear Marangoni stresses which diverge in the limit of approaching ∝, strongly retarding U'. 展开更多
关键词 marangoni stresses non-linear adsorption Langmuir isotherm phpsco-chemical hydrodynamics mass transfer dynamic surface tension
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电解质溶液中表面活性剂控制吸附下液滴的速度 被引量:1
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作者 陈晋南 彭炯 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期120-125,共6页
In this paper,monolayer saturation and nonideal surfactant interactions are captured with a nonlinear adsorption framework.The migration of a droplet in surfactant solution with electrolyte is discussed.Most prior res... In this paper,monolayer saturation and nonideal surfactant interactions are captured with a nonlinear adsorption framework.The migration of a droplet in surfactant solution with electrolyte is discussed.Most prior research studied the migration of a bubble or a droplet in surfactant solution without electrolyte.When the surfactants in solution with electrolyte are adsorbed at the surface of a bubble or a droplet,an electrical double layer will form near the surface of the bubble or the droplet,which will affect the subsequent adsorption of the surfactants.A group of dimensionless parameters(the interaction coefficient of the adsorbed surfactants K ∞ ,the Marangoni number Ma ,the Biot number Bi and the viscosity ratio k )are discussed in detail.The surface concentration of the adsorbed surfactants,the surface velocity and the migration velocity of the droplet are obtained by a boundary collocation technique.The terminal velocity U 0 of the droplet increases as K ∞ increases. 展开更多
关键词 电解质溶液 表面活性剂 液滴 吸附
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应用Frumkin吸附模型求解液滴的运动 被引量:1
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作者 陈晋南 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1999年第2期6-11,共6页
前人的研究工作大多采用线性吸附模型,没有考虑液滴与表面活性剂之间单饱和与非理想的相互影响。本文采用的非线性Frumkin吸附模型考虑了这些相互作用。与Langmuir非线性吸附模型相比较,Frumkin吸附模型进一步... 前人的研究工作大多采用线性吸附模型,没有考虑液滴与表面活性剂之间单饱和与非理想的相互影响。本文采用的非线性Frumkin吸附模型考虑了这些相互作用。与Langmuir非线性吸附模型相比较,Frumkin吸附模型进一步考虑了在表面饱和情况下,吸附或解吸时表面活性剂之间非理想作用。本文用数值解讨论了这些作用,此作用改变了吸附量、表面张力的灵敏性和吸附-解吸变换的动力。随着粘性比κ的增加,液滴速度增大。液滴的速度大于气泡迁移速度。 展开更多
关键词 小雷诺数流动 液滴 吸附模型 表面活性剂
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表面应力调制的微流控技术的驱动原理 被引量:5
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作者 Anton A. Darhuber Sandra M. Troian +2 位作者 郑旭(译) 李战华(校) 朱克勤(校) 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期113-129,共17页
发展和优化对薄膜、液滴和气泡进行流动控制操作的多功能装置,要求深入了解界面现象和微流体动力学流动.表面积/体积的大比值和低雷诺数流动是此类系统的特点.毛细数和Bond数强烈地受边界效应影响,因而可以通过各种表面处理和表面力... 发展和优化对薄膜、液滴和气泡进行流动控制操作的多功能装置,要求深入了解界面现象和微流体动力学流动.表面积/体积的大比值和低雷诺数流动是此类系统的特点.毛细数和Bond数强烈地受边界效应影响,因而可以通过各种表面处理和表面力来进行控制.本文综述了运用调制法向或切向应力,对均匀的、带化学处理条纹及拓扑结构纹理表面上的微滴和液膜进行驱动的常用技术的基本原理. 展开更多
关键词 微流控技术 marangoni应力 热毛细流 纹理表面 微滴驱动 微结构化流动
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甲基丙烯酸甲酯-有机硅-苯乙烯对PLA/PBAT共混物相形态和应力松弛行为的影响 被引量:2
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作者 徐晓榕 夏新曙 +4 位作者 黄宝铨 林鸿裕 杨裕金 陈庆华 肖荔人 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期26-33,共8页
通过双螺杆挤出机制备了聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯/甲基丙烯酸甲酯-有机硅-苯乙烯(PLA/PBAT/S-2001)共混物,采用扫描电子显微镜、旋转流变仪和电子万能试验机等表征手段研究了不同含量S-2001对共混体系微观结构、流变行为和力... 通过双螺杆挤出机制备了聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯/甲基丙烯酸甲酯-有机硅-苯乙烯(PLA/PBAT/S-2001)共混物,采用扫描电子显微镜、旋转流变仪和电子万能试验机等表征手段研究了不同含量S-2001对共混体系微观结构、流变行为和力学性能的影响。结果表明,S-2001能够降低共混体系中分散相颗粒尺寸,改善界面黏结力,提高体系的储能模量、损耗模量和复数黏度,增强马拉哥尼应力松弛;当S-2001添加量为9份(质量份,下同)时,材料的缺口冲击强度从5.8kJ/m^2上升至40.4kJ/m^2,提高了596.6%;S-2001具有增韧增容双重效果。 展开更多
关键词 聚乳酸 聚己二酸对苯二甲酸丁二酯 相容性 相形态 界面张力 马拉哥尼应力
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热场作用下液体射流的解析不稳定性理论
8
作者 乔然 穆恺 司廷 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期42-57,共16页
本文研究了径向热场作用下静止气体环境内液体射流的线性时间不稳定性问题.通过求解射流与周围气体之间的热传导问题,得到基本温度分布.通过正则模方法求解小扰动随时间的演化,推导得到扰动增长的解析色散关系,并得到该解析色散关系的... 本文研究了径向热场作用下静止气体环境内液体射流的线性时间不稳定性问题.通过求解射流与周围气体之间的热传导问题,得到基本温度分布.通过正则模方法求解小扰动随时间的演化,推导得到扰动增长的解析色散关系,并得到该解析色散关系的无粘渐近解.该无粘渐近解解耦了表面张力和Marangoni应力对射流失稳的贡献.通过参数研究,探究了不同控制参数对无粘液体射流扰动增长率的影响.结果表明,提高射流与周围气体的温度比、增强表面的Marangoni应力、减弱热传导效应或降低表面张力均可抑制射流不稳定性.此外,本工作对比了Rayleigh-Plateau不稳定性与Marangoni不稳定性对射流失稳过程的贡献.通过对比粘性射流扰动增长率与其无粘渐近解,确定了无粘渐近解的适用范围为雷诺数Re≥O(10^(2)). 展开更多
关键词 液体射流 渐近解 色散关系 气体环境 周围气体 不稳定性问题 扰动增长率 热传导问题
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Fluid Flow Simulation of the Influence of a Steady Magnetic Field on the Weld Pool Dynamics in Deep Penetration Laser Beam Welding of Aluminum 被引量:3
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作者 BACHMANN Marcel AVILOV Vjaceslav +1 位作者 GUMENYUK Andrey RETHMEIER Michael 《Journal of Iron and Steel Research International》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第S1期467-470,共4页
A multi-physics numerical model was developed to investigate the influence of a steady magnetic field during partial penetration keyhole laser beam welding of an aluminum plate in fiat position.Three-dimensional heat ... A multi-physics numerical model was developed to investigate the influence of a steady magnetic field during partial penetration keyhole laser beam welding of an aluminum plate in fiat position.Three-dimensional heat transfer, fluid dynamics including phase transition and electromagnetic field partial differential equations were solved with the finite element differential equation solver COMSOL Multiphysics.The magnetic field was aligned perpendicularly to the welding direction.The main objective of these simulations was to estimate the critical value of the magnetic field needed to suppress convective flows in the weld pool during high-power(up to 20 kW)laser beam welding of aluminum alloys with up to 20 mm deep weld pool.It reveals that steady magnetic fields with corresponding Hartmann numbers Ha2-104 based on the half-width of the weld pool can effectively suppress convective flows in the weld pool.Moreover,the typically occurring wineglass-shape of the weld cross section caused by thermo-capillary flow is weakened. 展开更多
关键词 laser beam welding Lorentz force marangoni stresses natural convection Hartmann effect
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离子型活性剂溶液中气泡的速度
10
作者 彭炯 陈晋南 《计算机与应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2001年第3期199-202,246,共5页
建立了离子型表面活性剂溶液中气泡运动的数学模型 ,重点讨论了活性剂离子间静电相互作用对气泡运动的影响。采用边界配置点法数值求解了气泡表面吸附的活性剂浓度、气泡表面流体速度以及气泡在溶液中的运动速度。数值结果表明 ,气泡速... 建立了离子型表面活性剂溶液中气泡运动的数学模型 ,重点讨论了活性剂离子间静电相互作用对气泡运动的影响。采用边界配置点法数值求解了气泡表面吸附的活性剂浓度、气泡表面流体速度以及气泡在溶液中的运动速度。数值结果表明 ,气泡速度随静电相互作用常数K的增大而增大。与非离子型表面活性剂溶液中气泡的运动规律一样 ,气泡速度随Biot数Bi的增大而增大 。 展开更多
关键词 离子型 表面活性剂 marangoni应力 气泡 双电层 运动速度 数学模型 溶液 静电相互作用
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Simulation of an Inductive Weld Pool Support for Deep Penetration Laser Beam Welding of Metal Parts
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作者 BACHMANN Marcel AVILOV Vjaceslav +1 位作者 GUMENYUK Andrey RETHMEIER Michael 《Journal of Iron and Steel Research International》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第S1期114-117,共4页
A three-dimensional laminar steady state numerical model was used to investigate the influence of an alternating current(ac)magnetic field during single pass high power laser beam keyhole welding of 20 mm thick alumin... A three-dimensional laminar steady state numerical model was used to investigate the influence of an alternating current(ac)magnetic field during single pass high power laser beam keyhole welding of 20 mm thick aluminum.The three-dimensional heat transfer,fluid dynamics and electromagnetic field equations were solved with the commercial finite element package COMSOL Multiphysics.Dominant physical effects of the process were taken into account:Thermo-capillary(Marangoni)convection at the upper and lower weld pool surfaces,natural convection due to the gravity influence and the latent heat of solid-liquid phase transition.Simulations were conducted for several magnetic field strengths and it was found that the gravity drop-out associated with welding of thick plates due to the hydrostatic pressure can be prevented by the application of an ac magnetic field below the weld specimen of around 70 mT(rms)at an oscillation frequency of 450 Hz.The inductive support system allows for single-pass laser beam welding of thick aluminum plates.The flow pattern in the molten zone and the temperature distributions are significantly changed by the application of the electromagnetic forces in the weld pool. 展开更多
关键词 electromagnetic weld pool support laser beam welding Lorentz force marangoni stresses natural convection
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