Geri Dön

Steady state and transient simulations in 2D and 3d for crystal growth by vertical Bridgman systems

Dikey Bridgman sisteminin iki ve üç buyutta zaman bağımlı ve bağımsız simulasyonu

  1. Tez No: 143607
  2. Yazar: ERGÜN TAŞARKUYU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BÜLENT AKINOĞLU, PROF. DR. ŞİNASİ ELLİALTIOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Bridgman tekniği, Anisotrop ortamda ısı transferi, Üç boyutlu sayısal simülasyon, GaSe, Bridgman technique, Heat transfer in anisotropic media, 3D numerical simulation, GaSe
  7. Yıl: 2003
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 180

Özet

Bu çalışma kapsamında, Brigmaıı sistemi ile kristal büyütme, değişik yaklaşım ve yöntemler kullanılarak, sayısal olarak çözümlenmiştir. Bu çözümlemedeki temel amaç, malzeme içerisindeki ısıl alanların bulunması ve büyüme esnasındaki faz geçişi arakesitinin yerinin ve biçminin belirlenmesidir. Sayısal çözümlemeler, isotrop ve ortotrop malzemeler için, durağan ve zaman bağımlı ısı iletim denk lemleri kullanılarak yapılmıştır. Heksagonal ve ortorombik yapıdaki anisotrop malzemeler için ise ısı iletim denklemi türetilmiştir. Tüm bu denklemler, sonlu farklar yöntemi ve kontrol hacmi yaklaşımı kullanılarak sayısal olarak çözümlen miştir. Sonlu farklar yapısı bulunurken belirtirin (explicit) ve örtük (implicit) yaklaşımlar kuüanılmıştır. Örtük yaklaşımda, denklemleri çözmek için, değişken yönlü örtük (alternating direction implicit) ve ardışık durulma (successive over relaxation) yöntemleri kullamlmıştır. Durağan hal denklemimin çözümünde, büyütülen malzeme fırının ekseni bo yunca akan ve sıkıştırılamayan bir akışkan, akma hızınmda kristalin büyüme hızına eşit olduğu varsayılmıştır. Bulduğumuz sonuçları inceleyerek, durağan hal denklemi ile elde edilen ısıl alanların gerçek büyüme hızlarına uymadığını gösterdik ve daha anlamlı sonuçlar bulmak için zamana bağlı çözümlemelerin gerektiğini ortaya çıkarttık. Bu nedenle, zaman bağımlı sonlu farklar yöntemi ile iki boyutlu sayısal çözümlemeler, gizil ısı salımı ve malzemenin içine koyulduğu ampul ile çevre arasindaki ısı aktarımı da dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, bu yaklaşımın kristalin çekme hızına ve Biot sayışma duyarlı olduğunu ortaya çıkartmıştır. Malzemenin ve kabın ısıl ve fiziksel özelliklerinin katılaşma arakesitine önemli etkileri olduğu gösterilmiştir. Son olarak anisotropik malzemeler için ve kristal ekseni silindirik kabın ek senine göre değişik açılarda büyüyebileceğini dikkate alan üç boyutlu bir model oluşturduk. Böylece, ikinci dereceden ısıl iletkenlik tensörünü türetip, bunu kat manlı yarı iletkenlerin silindirik kaplar içerisinde büyütülmesine uyguladık. Sonlu farklar kontrol hacmi metodunu kullanarak elde ettiğimiz üç boyutlu zamana bağh ısı iletim denMemini sayısal olarak çözdük. Bulunan sonuçlar, kap içerisinde büyüyen malzemenin büyüme yönünün, durağan ve zaman bağımlı alanlar ve eş ısıl yüzeyler üzerinde etkin olduğunu gösteriyor.

Özet (Çeviri)

In this thesis, the crystal growth process by the vertical Bridgman crystal growth system is simulated numerically using various approaches. The purpose of the simulations is to find the shape and the position of the solid-liquid interface, since the quality of the grown crystals is related to the solid-liquid interface shape. In the simulations, steady state and transient heat conduction equations are used for an isotropic, and an orthotropic media, and are derived for a fully anisotropic media with hexagonal and orthotropic structures. All these differential equations are solved numerically by the use of the finite difference approximations. The finite difference forms are handled by utilizing both the explicit and the implicit schemes. In the implicit scheme, the alternating direction implicit or the suc cessive over relaxation techniques are employed to solve the resultant algebraic equations. The steady state model assumes that the grown material is an incompressible fluid and flowing along the furnace axis. Our investigations on the thermal fields obtained from the steady model indicate that the model cannot imitate real growth conditions. We, then, prove analytically the limitations of this approach and the necessity to employ the transient approach. Therefore, the transient analysis is realized including the latent heat release during the phase change, the ampoule that encloses material and the radiative-convective heat exchange between furnace and ampoule. The results show that this model is sensitive to the pulling rate and the Biot number. It is also observed that the differences in the thermo-physical properties of the material and the ampoule can play a crucial role in the determination and controlling of the solidification interface shape. We, finally, develop a 3D model to account for the full anisotropy in which the grown crystal has an arbitrary crystallographic orientation relative to the ampoule axis. Then, the derivation and the usage of a cylindrical conductivity tensor in the simulation of layered compounds are realized. Using the finite difference control volume approach in 3D, the transient heat conduction equation is solved. The results showed that the orientation of the crystallographic axes of the material is quite effective on the thermal fields.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    389332

    Otomotiv ön cam buz çözme performansının sayısal olarak modellenmesi ve buzun erimesine etki eden parametrelerin irdelenmesi

    Numerical modeling of windshield de-icing performance and parametric evaluation of ice melting process

    SERHAN TATAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU

  2. Tez No

    75545

    Üç fazlı sincap kafesli asenkron motorun ansys ve flux2d hazır paket programları ile performansının incelenmesi

    Başlık çevirisi yok

    HARUN AÇIKGÖZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Bilim Dalı

    PROF. DR. NURDAN GÜZELBEYOĞLU

  3. Tez No

    844914

    Coupling of a radiation model with system model of bubbling fluidized bed combustors

    Kabarcıklı akışkan yataklı yakıcıların sı̇stem modelı̇ ı̇le radyasyon modelı̇nı̇n bı̇rleştı̇rı̇lmesı̇

    MEHMET SONER YAŞAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH

    PROF. DR. NEVİN SELÇUK

  4. Tez No

    505158

    Uçak kanat aerodinamiğinin had yöntemi ile analizi ve doğrulama

    Analysis and verification of aircraft wing aerodynamics with cfd

    MEHMET DOĞUKAN KOCABAŞI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR

  5. Tez No

    397267

    Solidification dynamics of three-phased eutectic patterns in 2D

    2B lu üç fazlı ötektik dizilimlerin katılaştırma dinamikleri

    SİNAN YÜCETÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA

Geri Dön