分离结晶过程中熔体热毛细对流的三维数值模拟动力工程及工程热物理专业论文.docxVIP

重庆大学硕士学位论文目录 重庆大学硕士学位论文 目 录 PAGE PAGE IV 目 录 中文摘要 I 英文摘要II 主要符号表 V 1 绪 论1 1.1 引言1 1.2 新型分离结晶 Bridgman 生长技术的提出 2 1.3 CdZnTe 晶体及其应用 4 1.4 国内外晶体生长的理论和实验研究现状6 1.4.1 国内外晶体生长的实验研究 6 1.4.2 国内外晶体生长的数值模拟研究 12 1.5 本课题研究的内容及意义 16 2 物理及数学模型 17 2.1 新型分离结晶 Bridgman 法的物理模型及相关假设 17 2.2 新型分离结晶 Bridgman 法的数学模型 18 2.2.1 控制方程及边界条件 18 2.2.2 控制方程及边界条件的无量纲化 19 2.2.3 数值求解 21 2.3 计算条件 21 3 数值模拟的结果及分析 22 3.1 微重力条件下熔体顶部为固壁时熔体内部的热毛细对流 22 3.1.1 网格无关性验证 22 3.1.2 熔体内部流型的演变过程 23 3.1.3 熔体内部非稳态热毛细对流 29 3.1.4 确定临界 Ma 的大小 30 3.1.5 流动失稳的物理机制 30 3.2 微重力条件下熔体顶部为自由表面时熔体内部的热毛细对流 31 3.2.1 网格无关性验证 31 3.2.2 熔体内部流型的演变过程 32 3.2.3 熔体内部非稳态热毛细对流 47 3.2.4 确定临界 Ma 的大小 48 3.2.5 流动失稳的物理机制 49 4 结 论 50 致 谢 51 参考文献 52 附 录 57 TOC \o 1-1 \h \z \u HYPERLINK \l _TOC_250002 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录 57 HYPERLINK \l _TOC_250001 B. 攻读硕士学位期间参加的科研项目 57 HYPERLINK \l _TOC_250000 C. 作者在攻读硕士学位期间的获奖情况 57 重庆大学硕士学位论文主要符号表 重庆大学硕士学位论文 主要符号表 主要符号表 r：径向坐标 Θ：无量纲温度 R：无量纲径向坐标 ρ：密度，kg/m3 Ro：无量纲坩埚内径 a：热扩散率，m2/s Ri：无量纲晶体半径 μ：动力粘性系数，kg/(m·s) z：轴向坐标 ν：运动粘性系数，m2/s Z：无量纲轴向坐标 λ：导热系数，W/(m·K) θ：周向坐标 ?：表面张力，N/m b：狭缝宽度，m，b=r0-ri ?T：表面张力温度系数 B：无量纲狭缝宽度，B=(Ro－Ri)/Ro A：熔体高径比，A=H/Ro 下标 h：熔体高度，m m：冷壁 H：无量纲熔体高度 h：热壁 p：压力，Pa cri：临界值 P：无量纲压力 max：最大值 t： 时间，s T：温度，℃ u：径向(r 方向)速度，m/s U：无量纲径向(R 方向)速度 v：周向(θ 方向)速度，m/s V：无量纲周向(θ 方向)速度 w：轴向(z 方向)速度，m/s W：无量纲轴向(Z 方向)速度 AU：无量纲的径向(R 方向)速度振幅 AV：无量纲的周向(θ 方向)速度振幅 AW：无量纲的轴向(Z 方向)速度振幅 Pr：Prandtl 数，Pr=?/a Ma：Marangoni 数，Ma=γT(ro-ri)(Th-Tm)/(μa) 希腊字母 ??：无量纲时间 ?p：无量纲时间步数 重庆大学硕士学位论文1 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 PAGE PAGE 10 1 绪 论 1.1 引言 在科技发达的新世纪，高新技术如生物科学技术、信息传输技术、新型能源 技术、新材料技术等在科技发展中起着重要的作用，也为社会经济的发展奠定了 基础。新材料的发展标志着高新技术发展到了一个比较成熟的阶段，而新材料研 究中占有相当重要地位的晶体材料也得到了很大的发展。许多科学和技术诸如光 学、电磁学、半导体和激光技术等的发展都与晶体的发展有不可分割的关联，可 以这样认为，晶体材料为现代科学技术的发展奠定了很坚实的基础。 从 20 世纪 50 年代末以后，高新技术的发展对于人工晶体的依赖越来越显得 重要，而人工晶体发展的种类也变得越来越多，高性能的人工晶体生长所涉及的 科学领域十分广泛，对生长技术的要求也变得十分严格，就现在而言，体(块状) 、 面(薄膜晶体)、线(纤维晶体)和点(纳米晶)等多方面发展逐渐已经成为人工晶体发 展的新阶段[1]。 在人类的研究中，块状晶体算是研究中最早出现的一类人工晶体。在 1947 年 底，半导体效应由美国的贝尔实验室研究出来，随后科学家们便发明了晶体管， 因此半导体晶体在上个世纪得到了迅猛的发展。而上个世纪 40 年代末，科学家们 在实验