広範囲プラントル数領域におけるマランゴニ対流現象の解明

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微小重力環境、ひいては地上における電子材料用バルク単結晶の高品質化の基礎を構築することを目的として、融液内マランゴニ対流現象に関する数値解析を行った。特に融液物性の影響を明らかにするために、融液のプラントル数を0.01(半導体融液)から50(酸化物融液)まで変化させ、融液内マランゴニ対流現象に及ぼすプラントル数の影響を調べた。主要な成果を以下に示す。(1)矩形内マランゴニ対流現象;二次元矩形を左壁より加熱し、右壁より冷却した際の矩形内マランゴニ対流の解析を行った。マランゴニ数が小さいときには、自由界面のほぼ中央に最大流速が存在するが、マランゴニ数の増大に伴い、最大流速の位置は冷却壁側にシフトすることが判った。またプラントル数が大きいほど、最大速度が冷却壁側にシフトするマランゴニ数は小さいことが判明した。(2)結晶融解時のマランゴニ対流;結晶融解特性に及ぼすマランゴニ対流の影響について、定常状態および非定常状態の両者について解析を行った。いずれの場合もプラントル数の増大に伴い、融液内速度は増大し、固液界面形状の融液に対する凸度も増大した。また微小重力実験と予備実験である地上実験とを比較するために、重力効果(即ち自然対流)を加味して解析を行った結果、同一量の結晶を融解するには微小重力環境下では地上より長い時間が必要であり、実際に微小重力実験を行うには、地上予備実験よりも加熱温度を高めに設定するか、あるいは加熱時間を長く設定する必要があることが判明した。