地面條件下實現(xiàn)分離結(jié)晶的實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、目前，在地面條件下制備大尺寸晶體，普遍采用Czochralski提拉法和Bridgman定向凝固法。但是采用上述兩種方法生長對熱應力作用非常敏感的晶體材料均很困難。Duffar和Regel等提出了結(jié)合Czochralski法和Bridgman法各自優(yōu)點的分離結(jié)晶Bridgman晶體生長法。這種分離結(jié)晶法可以使得晶體生長的質(zhì)量得到奇跡般的提高。目前，關(guān)于分離結(jié)晶的實驗研究在太空微重力條件下取得較大成功，而在地面條件下的實驗效果不甚理想。<

2、br>　　 本課題為了探索在地面條件下實現(xiàn)分離結(jié)晶的途徑以及分離結(jié)晶的相關(guān)機理，在地面條件下進行了分離結(jié)晶的探索實驗，并采用數(shù)值模擬的方法研究了分離結(jié)晶過程中流體內(nèi)部的流場和溫度場。
　　 為了在地面條件下實現(xiàn)分離結(jié)晶，本課題嘗試用充滿CO2氣體的水溶液和凝固溫度比水高的油作為實驗物質(zhì)，進行分離結(jié)晶的模擬實驗。由于油的密度小于水的密度且與水不相溶，所以油位于水溶液的上方。利用升降調(diào)節(jié)器將裝有實驗物質(zhì)的容器從熱端(自然環(huán)境)向冷

3、端(恒溫冷浴)移動，當水開始結(jié)冰時，由于CO2氣體在冰中的溶解度遠遠小于在水中的溶解度，CO2氣體不斷地溢出。隨著油的慢慢結(jié)晶，油的上表面張力和粘性力變大，使得CO2氣體被困在晶體與壁面之間，從而實現(xiàn)了分離結(jié)晶。實驗發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器移動速度、恒溫冷浴溫度、不同的油水配比量等對分離結(jié)晶效果具有顯著的影響。通過數(shù)值模擬研究，分析了重力、溫差及狹縫寬度對分離結(jié)晶過程中流體內(nèi)部流動情況的影響。發(fā)現(xiàn)：由于重力作用的影響，使得流體內(nèi)部的流態(tài)更加復雜；溫差