Experimental study on Prandtl number dependence of thermocapillary-buoyancy convection in Czochralski configuration with different depths
Experimental study on Prandtl number dependence of thermocapillary-buoyancy convection in Czochralski configuration with different depths
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不同深度直拉结构热毛细-浮力对流普朗特数依赖性实验研究
DOI：
10.1016/j.ijthermalsci.2018.04.026
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发表时间：
2018-08
影响因子：
4.5
通讯作者：
Yu Jia-Jia
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li You-Rong;Zhang Lu;Zhang Li;Yu Jia-Jia
本文对不同液面深度的直拉结构中的热毛细-浮力对流进行了一系列实验研究。工质的普朗特数在10 ~ 29之间，液池深度在1.5 ~ 8 mm之间。结果表明，临界Marangoni数随液池深度的增加而增加。普朗特数对浅液池的临界Marangoni数影响不大，而对深液池的临界Marangoni数影响较大。随着Marangoni数的增加，浅液池内的流动形态由同心多涡向热液波过渡。随着普朗特数和液池深度的增加，水热波得到抑制，更容易出现同心多辊流型。在较深的液池中，辐条的数量随着Marangoni数和液池深度的增加而减少，辐条从晶体边缘向坩埚侧壁移动。此外，在深液池和大Marangoni数条件下，还观察到了靠近晶体边缘的自由基波。
A series of experiments on thermocapillary-buoyancy convection in Czochralski configuration with different liquid depths have been conducted. Prandtl numbers of the working fluids vary from 10 to 29 and the depth of the liquid pool is between 1.5 mm and 8 mm. Results show that the critical Marangoni number increases with the increase of the liquid pool depth. Prandtl number has a little impact on the critical Marangoni number for the shallow liquid pool, but a significant influence for the deep liquid pool. The flow pattern transits from the concentric multi-rolls to the hydrothermal waves in the shallow liquid pool with the increase of Marangoni number. Furthermore, with the increase of Prandtl number and the liquid pool depth, the hydrothermal waves can be suppressed, and thus the concentric multi-rolls flow pattern is easier to appear. In deep liquid pools, the number of the spokes decreases with the increase of Marangoni number and the liquid pool depth, and the spokes move from the crystal edge to the crucible sidewall. In addition, the radical waves close to the crystal edge have been observed at deep liquid pools and large Marangoni numbers.
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