李震
,
彭岚
,
李友荣
,
孟海泳
工程热物理学报
采用有限差分法对CdZnTe分离结晶过程中熔体内热毛细对流作了三维数值模拟,讨论了浮力和轴向磁场对熔体热毛细对流的影响规律.结果表明:熔体内热毛细对流以上下两个流动方向相反的流胞存在,并随着Marangoni数(Ma)的加大,流动增强;在Ma数较小时,浮力加强熔体内热毛细对流,而当Ma数较大时,浮力却抑制熔体内热毛细对流;辅向磁场能很好的抑制熔体热毛细对流,并随着Hartmann数(Ha)的增大,抑制作用加强.
关键词:
分离结晶
,
热毛细对流
,
浮力
,
磁场力
,
数值模拟
彭岚
,
龚欢
,
李友荣
,
屠竞毅
,
于鑫
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.01.011
为了更好地了解勾形磁场对分离结晶法制备 CdZnTe 晶体过程中熔体热毛细对流的影响,采用有限差分法对熔体内的热量和动量传递进行数值模拟.假定熔体为不可压缩牛顿流体,熔体的高径比为1,狭缝自由表面无因次宽度为0．1,研究了不同 Ma 数下,Ha 数分别为0、45、90、135时的 CdZnTe 晶体生长过程.结果表明,勾形磁场能够有效地抑制熔体内部的对流,并且随着磁场强度的增加,抑制作用增强,熔体内部流动减弱.
关键词:
分离结晶
,
勾形磁场
,
CdZnTe晶体
,
热毛细对流
,
数值模拟
李震
,
彭岚
,
李友荣
,
孟海泳
功能材料
为研究轴向磁场对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体熔体热毛细对流的影响,采用有限差分法进行了三维数值模拟。结果表明轴向磁场能有效抑制熔体内的热毛细对流;轴向磁场对熔体内部温度分布也有较大的影响,能使等温线分布变得平缓;当磁场强度不变时,随着狭缝宽度的增大熔体内部的流动减弱。
关键词:
晶体生长
,
分离结晶Bridgman法
,
轴向磁场
,
CdZnTe
,
热毛细对流
石万元
,
李建英
,
王瑜
,
李友荣
工程热物理学报
数值模拟了内半径20 mm、外半径40 mm、深5 mm环形池内硅熔体在旋转和热毛细力共同驱动下的热对流,通过线性稳定性分析确定了旋转-热毛细对流失稳的临界Marangoni数等临界条件。研究结果表明,液池低速旋转会降低轴对称热毛细对流的稳定性,而较高速度的旋转能增强热毛细对流的稳定性。临界条件下旋转-热毛细对流耗散结构波纹的传播方向与液池的旋转方向相同,临界周向波数随旋转速度的增加而增加。在较大的旋转速度下,液池底部出现涡胞,底部涡胞对热毛细对流的稳定性具有削弱作用。
关键词:
旋转
,
热毛细对流
,
稳定性
,
硅熔体
石万元
,
王瑜
工程热物理学报
为了了解系统旋转对热毛细对流的影响,采用阴影法观察了外半径Ro=40 mm、内半径Ri=20 mm、深度H=1mm、沿顺时针方向旋转的环形池内1cSt硅油热毛细对流的特征.测量了0～10 r/min转速范围内发生热流体波的临界温差,观察了旋转对热流体波的影响,结果发现:当内外环间温差略低于临界温差时,靠近外环附近产生多圈同心圆环状静止波纹;超过临界温差后,静止液池内分布着两组沿周向传播方向相反的波纹;超过临界温差不远时热流体波的传播方向与液池的旋转方向相反,提高温差使其传播方向转变为与液池旋转方向相同;提高转速又使其传播方向转变为与液池旋转方向相反.
关键词:
热毛细对流
,
旋转
,
热流体波
,
硅油
于佳佳
,
李友荣
,
陈捷超
工程热物理学报
采用三维数值模拟方法研究了Soret效应对深宽比为0.1的环形浅液池内双组分溶液热毛细对流的影响.结果表明,当热毛细Reynolds数较小时,溶液流动为二维轴对称稳态流动,相同热毛细Reynolds数下双组分溶液热毛细对流强于纯工质.由于双组分溶液中Soret效应的作用,冷壁面附近溶质浓度大于热壁面附近溶质浓度,且溶质毛细力方向与热毛细力方向一致,因此,溶液流动加强,相比纯工质更易失稳.流动失稳后,双组分溶液中呈现出热流体波与三维振荡流动并存的流动结构,且Soret效应对热流体波波数和主频有明显影响.
关键词:
数值模拟
,
双组分溶液
,
热毛细对流
,
Soret效应
张银
,
黄护林
,
张喜东
,
唐硕捷
工程热物理学报
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(ΔT)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.
关键词:
动态自由界面
,
热毛细对流
,
浮区法
,
微重力
,
VOF
邹勇
,
张银
,
唐硕捷
,
马建军
,
黄护林
人工晶体学报
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.
关键词:
热毛细对流
,
浮区法
,
微重力
,
磁场
,
数值模拟
周小明
,
黄护林
工程热物理学报
假设双层流体的交界面不发生变形,热毛细力作用于此交界面,三维数值研究了大尺度环形液池中双层流体系统在内外壁面温差加热下的热毛细对流不稳定性,其中外壁面维持高温,内壁面维持低温。计算结果显示,上下层流体的流动特性受Marangoni效应和浮力效应的影响;热毛细对流的振荡产生于内壁面附近,并沿着温度梯度的方向传播;随着温差的增大,热毛细对流的振荡逐渐增强,温度振荡波数增大。
关键词:
热毛细对流
,
双层流体
,
大尺度
,
环形液池
,
数值模拟
彭岚
,
范菊艳
,
唐经文
,
李友荣
工程热物理学报
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.
关键词:
分离结晶
,
热毛细对流
,
微重力
,
转变
,
临界Ma数
