微重力環(huán)境下半浮區(qū)液橋的對流特性以及旋轉(zhuǎn)磁場對流控制的研究.pdf

1、重慶大學(xué)博士學(xué)位論文微重力環(huán)境下半浮區(qū)液橋的對流特性以及旋轉(zhuǎn)磁場對流控制的研究姓名：姚麗萍申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：@指導(dǎo)教師：曾忠20110428重慶大學(xué)博十學(xué)位論文均能反映出均勻旋轉(zhuǎn)磁場對熔體流動產(chǎn)生的周向攪拌作用和軸向?qū)α鞯囊种谱饔?，以及均勻旋轉(zhuǎn)磁場對熔體對流產(chǎn)生軸對稱的影響。但是相同的磁場條件下，無限長模型與有限長m1①2模型對熔體卻產(chǎn)生不同效果的溫度分布和速度分布。定量上比較得到，與有限長①l一①2模型相比，采用無限長模型會得到

2、過高的周向最大速度和過低的軸向最大速度。在研究均勻旋轉(zhuǎn)磁場對液橋表面張力流的控制的數(shù)值計算中，由于無限長模型會帶來較大的偏差，我們建議采用有限長01①2模型來進行相關(guān)的研究。②通過比較相同強度的橫向靜態(tài)磁場與均勻旋轉(zhuǎn)磁場對液橋表面張力流的影響得到，7mT的橫向靜態(tài)磁場對熔體對流的控制非常微弱；而相同強度的均勻旋轉(zhuǎn)磁場可以有效地控制三維液橋表面張力流。除此之外，橫向靜態(tài)磁場會破壞晶體生長的對稱性，對熔體對流產(chǎn)生非軸對稱的影響，不利于良好晶

3、體的形成；而均勻旋轉(zhuǎn)磁場則可以更有效地控制半浮區(qū)熔體的對流，對熔體對流產(chǎn)生軸對稱的影響。與橫向靜態(tài)磁場相比，浮區(qū)法晶體生長中橫向均勻旋轉(zhuǎn)磁場是一種很有潛力的磁場對流控制方法。③在適當(dāng)?shù)拇艌鰪姸鹊木鶆蛐D(zhuǎn)磁場作用下，熔體表面張力流所產(chǎn)生的兩次失穩(wěn)均得到有效的控制；微重力環(huán)境下熔體對流失穩(wěn)所產(chǎn)生的三維非軸對稱定常流和周期性振蕩三維流都轉(zhuǎn)變?yōu)槎S軸對稱定常流。④均勻旋轉(zhuǎn)磁場作用下，Ma數(shù)和旋轉(zhuǎn)磁場強度是半浮區(qū)液橋?qū)α魈匦缘闹饕绊懸蛩亍Ｔ谕饧?/p>

4、均勻旋轉(zhuǎn)磁場不變的條件下，隨著Ma數(shù)的逐漸增大，半浮區(qū)液橋表面張力對流將由二維軸對稱定常流動轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛哉袷幜鲃?，并且熔體的振蕩頻率隨著Ma數(shù)的增大呈逐漸下降趨勢。同時，采用直接數(shù)值模擬的方法，計算了不同強度的均勻旋轉(zhuǎn)磁場作用下液橋?qū)α魇Х€(wěn)的臨界Ma數(shù)。通過分析得到，若外加均勻旋轉(zhuǎn)磁場不足以有效地控制液橋的表面張力對流，則會使得三維液橋表面張力對流的第二次失穩(wěn)提前到達。當(dāng)熔體Ma數(shù)不變，外加均勻旋轉(zhuǎn)磁場強度較小的條件下，洛倫茲力并不能有

5、效地控制三維液橋表面張力對流，此時液橋二次對流失穩(wěn)提前達到。而隨著旋轉(zhuǎn)磁場強度的進一步增強，三維液橋表面張力流動最終得到控制，由周期性振蕩流動轉(zhuǎn)變?yōu)槎S軸對稱定常流動。⑤二極對和三極對非均勻旋轉(zhuǎn)磁場也同樣具有對熔體周向的攪拌作用和軸向?qū)α鞯囊种谱饔?，這兩種作用均有助于控制液橋表面張力對流，將三維表面張力對流轉(zhuǎn)變?yōu)槎S軸對稱流動。⑥對于二維軸對稱柱形熔體，隨著磁場強度的增加，不同極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場對熔體對流影響的區(qū)別逐漸明顯；并且三極對非均勻