Гидромеханика при выращивании кристаллов из водно-солевых растворов

Аннотация

Дается обзор современного состояния исследований, связанных с решением технологической проблемы контроля и управления процессами гидродинамики и массообмена в кристаллизаторах сложных конструкций (проточных и непроточных) при выращивании из специальных водно-солевых растворов технически ценных кристаллов дигидрофосфата калия - KDP, и смешанного кристалла никеля и кобальта - KCNSH. В отличие от стандартных конструкций, используемых при выращивании кристаллов из расплава (согласно методам Чохральского, Бриджмена и другим), при выращивании кристаллов из водно-солевых растворов применяются такие конструкции кристаллизаторов, в которых, по мнению разработчиков, создаются необходимые условия для роста кристаллов благодаря обеспечению наилучших характеристик их обтекания (скорости и направления течения, насыщенности солевого раствора и его температуры). Рассматриваются решения задач гидромеханики при выращивании кристаллов в проточных и непроточных кристаллизаторах. Физическое моделирование с визуализацией течения демонстрирует многовихревую и нестационарную структуру течения вследствие воздействия мешалок, трехмерного подвода и отвода раствора и пространственного размещения кристалла. Поэтому основное внимание уделяется публикациям, посвященным разработке и приложениям математических моделей гидромеханики и тепломассопереноса на основе полных уравнений Навье-Стокса в приближении Буссинеска для ламинарных режимов, а также для турбулентных режимов с учетом стандартной (k-ε)-модели. В случае проточных кристаллизаторов обсуждаются особенности гидромеханики, обусловленные сложностью их трехмерных конструкций, а для непроточных кристаллизаторов анализируются возможности поддержания требуемой насыщенности солевого раствора вблизи растущего кристалла в течение длительного времени. Цитируются работы, в которых математическое моделирование осуществляется в сопряженной постановке как конвективный массообмен в системе «раствор-кристалл», и принимаются во внимание локальные особенности гидродинамики и условий массообмена в растворе, влияющие на солевое насыщение раствора вблизи растущего кристалла.