Кислицын С.А.   Бердников В.С.   Митин К.А.  

Зависимость форм фронтов кристаллизации от режимов тепловой гравитационно-центробежной конвекции в расплавах с различными числами Прандтля

Докладчик: Кислицын С.А.

ЗАВИСИМОСТЬ ФОРМ ФРОНТОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОТ РЕЖИМОВ

ТЕПЛОВОЙ ГРАВИТАЦИОННО-ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КОНВЕКЦИИ В РАСПЛАВАХ С РАЗЛИЧНЫМИ ЧИСЛАМИ ПРАНДТЛЯ

С.А. Кислицын^1),2), В.С. Бердников^1),2), К.А. Митин^1),2)

¹⁾Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск

²⁾Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск

Численно методом конечных элементов в осесимметричной постановке задачи проведены исследования влияния скорости вращения цилиндрических тиглей на особенности тепло-массообмена и на формы фронтов кристаллизации расплавов с различными числами Прандтля. Решались системы термогравитационной конвекции с учетом теплоты кристаллизации согласованно с уравнениями теплопроводности в стенках тигля и в растущем кристалле. Данное исследование является продолжением работ [1, 2]. Исследования проведены для следующих систем кристаллизуемое вещество-материал тигля: кремний-графит (рис. 1), гептадекан-оргстекло и вода-оргстекло. При физическом моделировании процессов кристаллизации гептадекан используется как модельная жидкость, обладая такими свойствами как невысокая температура кристаллизации ≈ 22˚С, и оптическая прозрачность в жидкой фазе. Вода является жидкостью-имитатором расплавов обладающих инверсной зависимостью плотности от температуры, таких как эвтектика кадмий-ртуть-теллур, галлий и др. Охлаждение расплава со дна происходило за счет изменения распределения температуры на внешней поверхности тигля. Исследовано влияние нестационарного сопряженного конвективного теплообмена на формы фронтов кристаллизации при различных сочетаниях теплофизических свойств материалов тиглей и расплавов. В качестве конечных элементов выбраны треугольники для лучшего описания криволинейной формы фронта кристаллизации. Перестроение сетки происходило на каждом временном шаге под новое положение фронта кристаллизации. Полученные результаты будут полезны при отработке технологии выращивания методом Бриджмена поли- и монокристаллов, используемых в микроэлектронике, солнечной энергетике и оптике.

Работа на 70 % выполнена в рамках гос. задания ИТ СО РАН (проект III.18.2.5. гос. рег. АААА-А17-117022850021-3) и на 30% исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-08-00707

Литература

1.    К.А. Митин, В.С. Бердников, С.А. Кислицын. /Зависимость формы фронта кристаллизации от режима теплообмена в методе Бриджмена–Стокбаргера. //Вычислительная механика сплошных сред, Т. 12, № 1, 2019, стр. 106-116.  DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.10

2.    V. S. Berdnikov, S. A. Kislitsyn, K. A. Mitin. / The Influence of Prandtl numbers of melts and crucible materials on the features of crystal growth by the Bridgman method. //Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1382 : 35 Siberian Thermophysical Seminar. - Art. 012120 (8 p.). - DOI: 10.1088/1742-6596/1382/1/012120.