電磁懸浮是一種十分重要的無容器熔煉技術(shù),它可避免熔融材料受容器壁的污染和異質(zhì)形核,適用于高活性和高純度金屬的熔煉。另一方面,它還是一種重要的熔體熱物性參數(shù)測試手段,能夠使熔體達(dá)到很高的過熱度和過冷度,可以測量較寬溫度范圍內(nèi)熔體的熱物性參數(shù),如表面張力、導(dǎo)熱系數(shù)、發(fā)射率、密度、定壓比熱容等。準(zhǔn)確掌握這些熱物性參數(shù)對(duì)制備高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶體材料及高性能合金材料至關(guān)重要。為此,本文以電磁懸浮液滴為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了電磁懸浮液滴的振蕩變形過程,分析了靜磁場對(duì)液滴振蕩變形及熱物性參數(shù)測量的影響。本文首先研究了渦流效應(yīng)對(duì)液滴電磁力和懸浮位置的影響,采用任意拉格朗日歐拉法計(jì)算了硅熔體液滴表面的動(dòng)態(tài)變形,分析了不同電流強(qiáng)度和液滴半徑情況下渦流效應(yīng)對(duì)液滴流場、溫度場和變形的影響。研究發(fā)現(xiàn),渦流效應(yīng)減小了液滴電磁力和焦耳熱的大小,使得液滴的懸浮位置降低,而對(duì)液滴內(nèi)最大速度和最高溫度的影響較小,在±1%以內(nèi)。渦流效應(yīng)對(duì)液滴變形的影響分為兩個(gè)方面:當(dāng)液滴懸浮位置較低時(shí),渦流效應(yīng)減小了水平擠壓力,使得液滴變形減弱;當(dāng)液滴懸浮位置較高時(shí),渦流效應(yīng)使得液滴懸浮位置下降,增加了水平擠壓力,增加了液滴的變形。在重力環(huán)境... 

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
主要符號(hào)表
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 電磁懸浮液滴振蕩變形行為研究
        1.2.1 未疊加靜磁場情況
        1.2.2 疊加靜磁場情況
    1.3 電磁懸浮法在高溫熔體熱物性參數(shù)測量中的應(yīng)用
        1.3.1 比熱容的測量
        1.3.2 導(dǎo)熱系數(shù)和發(fā)射率的測量
        1.3.3 表面張力和粘度的測量
        1.3.4 熱膨脹系數(shù)和密度的測量
    1.4 電磁懸浮法在凝固過程研究中的應(yīng)用
    1.5 本文的研究內(nèi)容
2 線圈渦流效應(yīng)對(duì)電磁懸浮液滴變形的影響
    2.1 數(shù)學(xué)物理模型
        2.1.1 物理模型及其假定
        2.1.2 電磁場理論
        2.1.3 任意拉格朗日歐拉法
        2.1.4 控制方程和邊界條件
    2.2 程序正確性及網(wǎng)格收斂性驗(yàn)證
    2.3 計(jì)算條件
    2.4 線圈渦流效應(yīng)對(duì)電磁懸浮液滴內(nèi)磁場力和焦耳熱的影響
    2.5 線圈渦流效應(yīng)對(duì)電磁懸浮液滴內(nèi)流場、溫度場及變形的影響
    2.6 小結(jié)
3 電流強(qiáng)度和液滴半徑對(duì)電磁懸浮液滴振蕩變形的影響
    3.1 計(jì)算條件
    3.2 電流強(qiáng)度和液滴半徑對(duì)液滴初始懸浮位置的影響
    3.3 不考慮變形時(shí)液滴內(nèi)速度場和溫度場
    3.4 液滴的變形及內(nèi)部速度場和溫度場
    3.5 不變形和變形液滴內(nèi)速度和溫度的比較
    3.6 小結(jié)
4 豎直磁場對(duì)電磁懸浮液滴對(duì)流及振蕩變形的影響
    4.1 計(jì)算條件
    4.2 靜磁場對(duì)電磁懸浮液滴對(duì)流和振蕩過程的影響
    4.3 豎直磁場下電流強(qiáng)度和液滴半徑對(duì)液滴變形的影響
    4.4 Marangoni效應(yīng)對(duì)液滴變形和對(duì)流的影響
    4.5 小結(jié)
5 豎直磁場對(duì)電磁懸浮液滴振蕩變形影響的實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)裝置
    5.2 實(shí)驗(yàn)步驟
    5.3 實(shí)驗(yàn)過程的溫度校正與測量
    5.4 數(shù)據(jù)分析方法
    5.5 液滴振蕩模式的區(qū)分
    5.6 豎直磁場對(duì)液滴振蕩變形的影響
    5.7 豎直磁場對(duì)液滴表面張力測量影響
    5.8 小結(jié)
6 豎直磁場下液滴變形對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測量的影響
    6.1 物理模型和計(jì)算條件
    6.2 數(shù)學(xué)模型
    6.3 模型正確性驗(yàn)證
    6.4 不考慮變形時(shí)液滴導(dǎo)熱系數(shù)測量
    6.5 液滴變形對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測量的影響
    6.6 小結(jié)
7 豎直磁場、橫向磁場和旋轉(zhuǎn)磁場對(duì)電磁懸浮液滴內(nèi)對(duì)流抑制作用的比較
    7.1 引言
    7.2 物理數(shù)學(xué)模型
        7.2.1 豎直和橫向磁場下洛倫茲力的計(jì)算
        7.2.2 旋轉(zhuǎn)磁場下洛倫茲力的計(jì)算
    7.3 數(shù)值計(jì)算方法
        7.3.1 數(shù)值方法
        7.3.2 計(jì)算程序正確性驗(yàn)證
        7.3.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證
    7.4 豎直磁場、橫向磁場和旋轉(zhuǎn)磁場下硅熔體液滴內(nèi)部流動(dòng)特征
        7.4.1 豎直磁場
        7.4.2 橫向磁場
        7.4.3 旋轉(zhuǎn)磁場
    7.5 豎直磁場、橫向磁場和旋轉(zhuǎn)磁場對(duì)液滴沿軸向?qū)α饕种谱饔玫谋容^
    7.6 小結(jié)
8 結(jié)論及展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    8.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    A 攻讀博士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    B 攻讀博士期間參與的科研項(xiàng)目
    C 攻讀博士期間獲得的榮譽(yù)
    D 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]磁場對(duì)懸浮精煉的影響研究[D]. 李想.昆明理工大學(xué) 2017
[2]靜磁場對(duì)電磁懸浮液滴穩(wěn)定性影響的研究[D]. 宋其暉.重慶大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3732836