МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КРИСТАЛЛОВ В КОСМОСЕ

© В.П.Гинкин, В.К.Артемьев, Н.В.Гусев, Т.М.Люханова, В.И.Фоломеев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
1998 г.

В основу космического производства положена идея об использовании уникальных возможностей космического пространства, связанных с существенным уменьшением силы тяжести, а, следовательно, конвективного тепломассопереноса на процессы кристаллизации.

Реальные эксперименты показывают, что наличие остаточных микроускорений, меняющихся во времени и пространстве, силы поверхностного натяжения вызывают сложную картину тепломассообмена, причем трехмерную и нестационарную. Столь тонкие и сложные явления можно исследовать только путем математического моделирования, причем модели должны быть преимущественно нестационарными и трехмерными.

В математическом отделе ГНЦ РФ-ФЭИ разработаны двумерные и трехмерные математические модели, описывающие основные процессы, происходящие при выращивании монокристаллов в условиях микрогравитации. Эти модели реализованы в комплексах программ CONV-2D, CONV-3D, STEF-2D, VT-2D, решающих как уравнения тепловой конвекции в квазистационарном приближении в двумерной и трехмерной геометриях, так и нестационарную двумерную задачу Стефана. Выполнены параметрические расчетные исследования процессов тепломассообмена для реальных установок выращивания кристаллов методом Бриджмена и методом плавающей зоны, которые показали, что при надлежащем управлении тепловыми процессами все имеющиеся негативные воздействия на рост кристаллов в условиях микрогравитации могут быть устранены.