環(huán)形雙層液體內(nèi)熱對流過程的二維數(shù)值模擬.pdf

1、在晶體生長過程中，由表面張力梯度引起的熱毛細(xì)對流成為影響晶體材料品質(zhì)的重要因素。液封Czochralski 生長技術(shù)能有效地抑制熔體內(nèi)的熱毛細(xì)對流，但是，目前對該生長技術(shù)中環(huán)形雙層液體系統(tǒng)內(nèi)熱對流過程基本特征的了解非常缺乏，因此，研究在水平溫度梯度作用下環(huán)形雙層液體內(nèi)熱對流過程的穩(wěn)定性、發(fā)生轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制及其基本特性等，對于改進(jìn)生產(chǎn)過程、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文建立了環(huán)形雙層液體內(nèi)存在水平溫度梯度時(shí)

2、熱對流過程的物理模型和數(shù)學(xué)模型，采用有限容積法進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，基于雙層流體內(nèi)的流場和溫度場分布，分析了Marangoni（Ma)數(shù)、浮力以及幾何參數(shù)等對熱對流的影響，得到了各種不同條件下的臨界Ma數(shù)，探討了流動(dòng)失穩(wěn)的物理機(jī)制。
　　 結(jié)果表明：（1）當(dāng)Ma數(shù)較小時(shí)，流動(dòng)較弱，為穩(wěn)態(tài)的二維流動(dòng)。隨著Ma數(shù)和深寬比的增大，流動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)，等溫線發(fā)生強(qiáng)烈的非線性變形；浮力的引入強(qiáng)化了熔體層內(nèi)的流動(dòng)。（2）當(dāng)Ma數(shù)超過臨界值后，流動(dòng)會(huì)

3、失去穩(wěn)定性，在冷壁附近出現(xiàn)附加的小流胞，流動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)化為非穩(wěn)定的多胞流動(dòng)。小的流胞在冷壁附近形成，并向熱壁運(yùn)動(dòng)，最后在熱壁附近消失。當(dāng)Ma數(shù)較小時(shí)，多胞結(jié)構(gòu)主要集中在冷壁附近，速度、溫度振蕩僅在冷壁附近較窄的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，隨著Ma數(shù)和深寬比的增大，速度、溫度振蕩增強(qiáng)并向熱壁方向擴(kuò)展，多胞區(qū)域在更大的范圍內(nèi)出現(xiàn)。
　　 （3）臨界Ma數(shù)隨著深寬比的增大而減小，隨著半徑比的增大而增大。在有自由表面的環(huán)形液池內(nèi)，浮力的引入會(huì)使臨界Ma數(shù)增大