Влияние вибраций на гидродинамику и тепло-массообмен в расплаве при выращивании кристаллов методом Бриджмена

Статья из Сборника трудов VII Российского симпозиума "Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационночувствительных систем". М.: ИПМ РАН, 2001. С. 365—392.Институт Проблем Механики РАН (ИПМех РАН), Институт Общей Физики РАН (ИОФАН)В данной работе приведены результаты многопараметрического численного моделирования конвективного тепломассопереноса при вибрационном воздействии на расплав для случая выращивания монокристаллов вертикальным методом Бриджмена. Рассмотрены случаи вибрационного воздействия на расплав, как в земных условиях так и в условиях невесомости. Математическая модель основана на решении двумерных нестационарных уравнениях Навье-Стокса для несжимаемой жидкости в рамках приближения Буссинеска. Учтены эффекты термогравитационной и вынужденной конвекции, эффекты диффузии тепла, импульса и концентрации, а также взаимодействие указанных механизмов течения. Численное моделирование проведено по методике конечных элементов, реализованной в пакете программ АСТРА. Показано существование и характер квазистационарного осредненного вибрационного течения (ОВТ) при вибрационном воздействии на расплав для широкого диапазона определяющих параметров. Показано влияние теплофизических, динамических и геометрических параметров на ОВТ в условиях невесомости и при нормальной силе тяжести.ВведениеПостановка задачи и метод решенияПостановка задачи (начальные и граничные условия)Метод решенияРезультаты параметрических расчётовОсреднённое вибрационное течение (ОВТ)Влияние вибраций на температурный пограничный слой у фронта кристаллизацииСтруктура ОВТ при разных значениях чисел Грасгофа и ПрандтляВлияние частоты вибраций на структуру течения ОВТВлияние расположения и геометрии вибраторов на ОВТ и распределение примесиВращение и вибрацииВыводы