彭岚范菊艳李友荣朱驾
材料研究学报
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.
关键词:
材料科学基础学科
,
thermol engineering
,
detached solidification
,
numerical simulation, thermocapillary convection
,
CdZnTe
,
null
彭岚
,
周灵敏
,
李友荣
,
文锦雄
工程热物理学报
为了了解勾形磁场对CdZnTe晶体生长质量的影响,利用有限元法对坩埚内的热量和动量传递过程进行了全局数值模拟。假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流,研究了B_o（磁场轴线与晶体-坩埚界面的交点的磁场强度的轴向分量）为0 T,0.5 T,1.0 T,1.5 T,2.0 T,2.5 T,3.0 T时的CdZnTe晶体生长过程。结果表明：勾形磁场能有效抑制熔体内的流动,会产生由洛仑兹力、表面张力和浮力共同驱动的涡胞。随着磁场强度的增加,传热向导热型转变,熔体内最大流函数逐渐减小,抑制作用增强。
关键词:
分离结晶
,
勾形磁场
,
CdZnTe晶体
,
全局模拟
,
有限元法
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
彭岚
,
文锦雄
,
李友荣
,
李震
功能材料
借助有限元法,在常重力条件下对分离结晶过程进行全局数值模拟,研究了狭缝宽度及坩埚半径对CdZnTe晶体生长过程中整体传热与流动特性的影响。模拟结果表明系统内传热特性、熔体流型与狭缝宽度及坩埚半径密切相关：（1）狭缝宽度对分离结晶有决定性的作用,当狭缝宽度较小时,气-液弯界面两端的温差很小,导致增大晶体重新粘附于坩埚壁面的风险;随着狭缝宽度的增大,流动不稳定性增加,很难保持稳定的气-液弯界面形状,增加了实现晶体稳定生长的难度;（2）随着坩埚半径增大,Marangoni对流对熔体流动影响逐渐增大,结晶界面附近的熔体流动不稳定性增加,这不利于晶体的稳定生长。
关键词:
狭缝宽度
,
坩埚半径
,
分离结晶
,
全局数值模拟
,
CdZnTe晶体
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
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
彭岚
,
张伟
,
李友荣
,
孟海泳
工程热物理学报
本文借助有限差分法对新型分离结晶法生长CdZnTe晶体过程中熔体内部的热毛细对流进行了三维数值模拟，获得了Marangoni数、高径比及狭缝宽度等无因次参数对流动的影响。结果表明：当Marangoni数较小时，流动为稳态流动，传热以导热为主，当Marangoni数超过一定数值后，流动发展为非稳态热毛细对流，对流的影响加大，中心竖直截面上的等温线变形加剧；随着高径比的增大，下自由表面处的流胞流动强度增强；随着狭缝宽度的增大，上下自由表面处的温度梯度和速度都有所减小。
关键词:
分离结晶
,
无因次参数
,
CdZnTe晶体
,
热毛细对流
,
数值模拟
彭岚
,
张全壮
人工晶体学报
采用FLUENT软件对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体进行了全局数值模拟.模拟对象为:熔体上部边界条件分别为固壁和自由表面时两种晶体生长系统.重点考虑坩埚和晶体之间狭缝宽度e和重力对分离结晶过程的影响.在计算中分别取e=0 mm、0.5 mm和1 mm三种狭缝宽度,得到了在微重力和常重力条件下的温度分布、结晶界面形状以及流函数分布图.结果表明:在微重力条件下,当熔体上部为固壁时,随着狭缝宽度的增大,热毛细力作用增强,流动强度增强;当熔体上部为自由表面时,则与之相反.在常重力条件下,由于浮力-热毛细对流的共同作用,随着狭缝宽度的增加,流动强度逐渐减弱,有助于提高晶体生长质量.
关键词:
数值模拟
,
CdZnTe晶体
,
分离结晶
