熱對(duì)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(jì)了簡(jiǎn)化的物理數(shù)學(xué)模型。模型是關(guān)于固定幾何尺寸的方腔里的熱對(duì)流。該熱對(duì)流是由浮力或(與)表面張力的驅(qū)動(dòng)作用而產(chǎn)生的。其中，浮力由Grashof準(zhǔn)則數(shù)Gr確定，表面張力由Marangoni準(zhǔn)則數(shù)Ma確定。通過(guò)大量的數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，不同的準(zhǔn)則數(shù)Gr與Ma組合有不同的流動(dòng)狀況。小Gr與Ma時(shí)獲得定態(tài)解，大Gr與Ma時(shí)會(huì)得到振蕩解。 首先，調(diào)節(jié)準(zhǔn)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(chǎng)各參

2、量的特征，尋求流態(tài)由定態(tài)向振蕩轉(zhuǎn)化的過(guò)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(fù)雜振蕩流場(chǎng)的流體結(jié)構(gòu)，抽出簡(jiǎn)單的基本流動(dòng)模式及其模式在完整流場(chǎng)中的權(quán)重；接著，通過(guò)流場(chǎng)各參量定態(tài)時(shí)的定態(tài)值、振蕩時(shí)的平均值及擾動(dòng)值基本模式的對(duì)比，判斷不同條件下的表面張力與浮力各自對(duì)熱對(duì)流的貢獻(xiàn)程度；最后，提出抑制熱對(duì)流不穩(wěn)定性的一種新方法。 本研究利用正交分解法對(duì)振蕩流場(chǎng)進(jìn)行分解，以獲取的擾動(dòng)場(chǎng)基本模式分析流動(dòng)不穩(wěn)定性。同時(shí)，提出研究

3、熱對(duì)流不穩(wěn)定性的一種新方法，即通過(guò)各種流場(chǎng)信息的對(duì)比分析來(lái)判斷不同條件下表面張力與浮力對(duì)熱對(duì)流的貢獻(xiàn)，并預(yù)測(cè)了熱對(duì)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(duì)流不穩(wěn)定性。 在理論方面，利用正交分解法來(lái)分析流動(dòng)不穩(wěn)定性，有可能開創(chuàng)研究流動(dòng)穩(wěn)定性的新方法，豐富了計(jì)算流體力學(xué)分析流動(dòng)穩(wěn)定性方面的內(nèi)容；在實(shí)踐應(yīng)用方面，為強(qiáng)烈需求熱對(duì)流穩(wěn)定性的單晶生產(chǎn)工藝預(yù)測(cè)了新控制方法，為熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供了新思路，使高品質(zhì)大直徑單晶的