環(huán)形雙層液體內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對流成為影響晶體材料品質的重要因素。液封Czochralski 生長技術能有效地抑制熔體內的熱毛細對流，但是，目前對該生長技術中環(huán)形雙層液體系統(tǒng)內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)形雙層液體內熱對流過程的穩(wěn)定性、發(fā)生轉變的物理機制及其基本特性等，對于改進生產過程、提高產品質量具有重要的理論意義和實用價值。
　　 本文建立了環(huán)形雙層液體內存在水平溫度梯度時

2、熱對流過程的物理模型和數(shù)學模型，采用有限容積法進行了二維數(shù)值模擬，基于雙層流體內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)，探討了流動失穩(wěn)的物理機制。
　　 結果表明：（1）當Ma數(shù)較小時，流動較弱，為穩(wěn)態(tài)的二維流動。隨著Ma數(shù)和深寬比的增大，流動強度增強，等溫線發(fā)生強烈的非線性變形；浮力的引入強化了熔體層內的流動。（2）當Ma數(shù)超過臨界值后，流動會

3、失去穩(wěn)定性，在冷壁附近出現(xiàn)附加的小流胞，流動會轉化為非穩(wěn)定的多胞流動。小的流胞在冷壁附近形成，并向熱壁運動，最后在熱壁附近消失。當Ma數(shù)較小時，多胞結構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)域內出現(xiàn)，隨著Ma數(shù)和深寬比的增大，速度、溫度振蕩增強并向熱壁方向擴展，多胞區(qū)域在更大的范圍內出現(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，浮力的引入會使臨界Ma數(shù)增大