熱對流穩(wěn)定性研究新方法初探.pdf

1、本研究以晶體生產(chǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計了簡化的物理數(shù)學模型。模型是關(guān)于固定幾何尺寸的方腔里的熱對流。該熱對流是由浮力或(與)表面張力的驅(qū)動作用而產(chǎn)生的。其中，浮力由Grashof準則數(shù)Gr確定，表面張力由Marangoni準則數(shù)Ma確定。通過大量的數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，不同的準則數(shù)Gr與Ma組合有不同的流動狀況。小Gr與Ma時獲得定態(tài)解，大Gr與Ma時會得到振蕩解。 首先，調(diào)節(jié)準則數(shù)Gr或(與)Ma以改變表面張力或(與)浮力的大小，考察流場各參

2、量的特征，尋求流態(tài)由定態(tài)向振蕩轉(zhuǎn)化的過渡區(qū)，為后繼研究提供數(shù)據(jù)樣本；然后，利用正交分解法解剖復雜振蕩流場的流體結(jié)構(gòu)，抽出簡單的基本流動模式及其模式在完整流場中的權(quán)重；接著，通過流場各參量定態(tài)時的定態(tài)值、振蕩時的平均值及擾動值基本模式的對比，判斷不同條件下的表面張力與浮力各自對熱對流的貢獻程度；最后，提出抑制熱對流不穩(wěn)定性的一種新方法。 本研究利用正交分解法對振蕩流場進行分解，以獲取的擾動場基本模式分析流動不穩(wěn)定性。同時，提出研究

3、熱對流不穩(wěn)定性的一種新方法，即通過各種流場信息的對比分析來判斷不同條件下表面張力與浮力對熱對流的貢獻，并預測了熱對流不穩(wěn)定性的一種新的控制方法，即表面張力可以抑制由浮力引起的熱對流不穩(wěn)定性。 在理論方面，利用正交分解法來分析流動不穩(wěn)定性，有可能開創(chuàng)研究流動穩(wěn)定性的新方法，豐富了計算流體力學分析流動穩(wěn)定性方面的內(nèi)容；在實踐應用方面，為強烈需求熱對流穩(wěn)定性的單晶生產(chǎn)工藝預測了新控制方法，為熱環(huán)境設(shè)計提供了新思路，使高品質(zhì)大直徑單晶的