Федюшкин А.И., Бураго Н.Г., Жариков Е.В., Полежаев В.И. 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. Введение
Постановка задачи и метод решения
Постановка задачи (начальные и граничные условия)
Метод решения
Результаты параметрических расчётов
Осреднённое вибрационное течение (ОВТ)
Влияние вибраций на температурный пограничный слой у фронта кристаллизации
Структура ОВТ при разных значениях чисел Грасгофа и Прандтля
Влияние частоты вибраций на структуру течения ОВТ
Влияние расположения и геометрии вибраторов на ОВТ и распределение примеси
Вращение и вибрации
Выводы