地面條件下實(shí)現(xiàn)分離結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)對(duì)熱應(yīng)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(diǎn)的分離結(jié)晶Bridgman晶體生長(zhǎng)法。這種分離結(jié)晶法可以使得晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量得到奇跡般的提高。目前，關(guān)于分離結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果不甚理想。<

2、br>　　 本課題為了探索在地面條件下實(shí)現(xiàn)分離結(jié)晶的途徑以及分離結(jié)晶的相關(guān)機(jī)理，在地面條件下進(jìn)行了分離結(jié)晶的探索實(shí)驗(yàn)，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(chǎng)和溫度場(chǎng)。
　　 為了在地面條件下實(shí)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(shí)驗(yàn)物質(zhì)，進(jìn)行分離結(jié)晶的模擬實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)物質(zhì)的容器從熱端(自然環(huán)境)向冷

3、端(恒溫冷浴)移動(dòng)，當(dāng)水開始結(jié)冰時(shí)，由于CO2氣體在冰中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了分離結(jié)晶。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器移動(dòng)速度、恒溫冷浴溫度、不同的油水配比量等對(duì)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(duì)分離結(jié)晶過程中流體內(nèi)部流動(dòng)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(fù)雜；溫差