Gāzes plūsmas optimizācija beta bārija borāta kristālu audzēšanas iekārtā no šķīduma ar augšējo iedīgli

Abstract

Beta bārija borāta kristāli tiek audzēti no augstas temperatūras šķīduma ar augšējo iedīgli. Augstas kvalitātes kristālu iegūšanai svarīga ir precīza krāsns temperatūras sadalījuma kontrole, kas ir atkarīga no konvekcijas krāsnī - gāzes plūsmas virpuļi var radīt nesimetrisku temperatūras sadalījumu, kas negatīvi ietekmē kristālu augšanas procesu. Šajā darbā, izmantojot brīvpieejas programmatūru OpenFOAM, tiek modelēta siltumpārnese, gāzes konvekcija un siltumstarojums kristālu audzēšanas krāsnī. Skaitliskie aprēķini tiek salīdzināti ar Lietuvas Fizikas un tehnoloģiju zinātņu centra veiktajiem eksperimentiem. Darbā tiek aprakstītas modelī novērotās nesimetrijas, kā arī tiek noteikta sildītāju un vāka ģeometrijas ietekme uz rezultātiem. Izveidotais modelis var būt pamats turpmākiem pilnas kristālu audzēšanas sistēmas aprēķiniem.

Beta barium borate cystals are grown from top-seeded high temperature solutions. In order to grow high-quality crystals, precise control of the temperature distribution within the furnace is required, which depends on the convection inside the furnace - gas flow vortices may create an asymmetric temperature distribution that negatively impacts the growth process. In this work, heat conduction, gas convection, and radiative heat transfer are modeled in the furance using open-source software OpenFOAM. The numerical results are compared to experiments conducted at the Center for Physical Sciences and Technology in Lithuania. This work describes the asymmetry in the model and the effect of heater and lid geometry on the results. The created model can serve as the basis for further calculations of the full crystal growth system.