1、在熔體晶體生長過程中,由溫度梯度引起的熱毛細對流成為影響晶體均勻性的重要因素,因此,深入研究熱毛細對流的穩(wěn)定性、發(fā)生轉變的物理機制及其基本特性,對于改進生產過程、提高產品質量具有重要實用價值。為了了解微重力下開口圓形池內熱毛細對流的基本規(guī)律及其轉化特性,利用有限差分法進行了三維直接數(shù)值模擬,得到了圓形池內的溫度場和速度場分布,并分析了Pr數(shù)、圓形液池深徑比As和毛細雷諾數(shù)Re對熱毛細對流的影響規(guī)律以及引起流動失穩(wěn)和產生不同振蕩流型的物理

2、機理。圓形淺池深徑比As的計算范圍為0.02-0.2,流體Pr數(shù)為0.011-1,毛細Re數(shù)范圍5.5×104-8×106。模擬結果表明,當側壁溫度不均勻性較小時,流動為穩(wěn)定的三維流動,在垂直于主流方向存在兩個對稱的二次流胞;當溫度不均勻性超過某一值后,流動將轉化為振蕩的三維流動,為此,確定了流動轉化的臨界條件,分析了三維穩(wěn)態(tài)和三維振蕩熱毛細對流的基本特性。當Pr數(shù)較低時,溫度振蕩波在冷壁面附近產生,并且由于熱壁面溫度梯度較小,溫度振蕩

3、沿流動方向逆向傳播;在溫度波傳播過程中,流體溫度隨之升高,使得液池中心區(qū)域溫度梯度高于關于A-B截面對稱的兩側,因此溫度波就向兩側擴散;當Pr數(shù)增大時,由熱毛細對流引發(fā)的溫度振蕩波仍由右側冷壁向熱壁傳播,并向兩側翼展方向擴散,但流體動力擴散能力的增強促使從高溫向低溫的熱毛細對流增強,抑制了溫度波的傳播,由溫度波動引起的速度波動與表面熱毛細對流的交匯促使溫度振蕩沿逆向呈菱形傳播。隨著Re數(shù)的增加,無因次溫度振幅加大,振蕩的頻率也增加;隨著