Выпуски

 / 

2014

 / 

Август

  

Обзоры актуальных проблем


Дендритный рост с вынужденной конвекцией: методы анализа и экспериментальные тесты

 а,  б, в
а Кафедра математической физики, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, просп. Ленина 51, Екатеринбург, 620083, Российская Федерация
б Friedrich-Schiller-Universität-Jena, Physikalisch-Astronomische Fakultät, Löbdergraben Strasse 32, Jena, 07743, Germany
в Institut für Materialphysik im Weltraum, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln, Germany

Проведён анализ неизотермического роста дендритного кристалла при вынужденной конвекции в бинарной системе. Для теоретического анализа используется модель свободной подвижной границы раздела кристалл—жидкость и приближение Озеена для уравнений движения жидкости. Представлен критерий устойчивого роста двумерного и трёхмерного параболического дендрита с учётом анизотропии поверхностного натяжения на границе раздела кристалл—жидкость. Критерий обобщает известные ранее результаты для устойчивого роста дендрита с конвекцией в однокомпонентной жидкости и роста дендрита в неподвижной двухкомпонентной системе. Полученный в рамках гидродинамического приближения Озеена критерий обобщён для случая произвольных чисел Пекле и дендритного роста с конвекцией в неизотермической многокомпонентной системе. Модельные предсказания сопоставлены с экспериментальными данными по кинетике роста кристаллов в каплях, обрабатываемых в установках электромагнитной и электростатической левитации. Развиваемые методы теории и моделирования применяются к процессам кристаллизации в наземных условиях и при пониженной гравитации.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
PACS: 05.70.Fh, 05.70.Ln, 68.70.+w (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0184.201408b.0833
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2014/8/b/
Цитата: Александров Д В, Галенко П К "Дендритный рост с вынужденной конвекцией: методы анализа и экспериментальные тесты" УФН 184 833–850 (2014)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 7 декабря 2013, доработана: 18 марта 2014, 26 марта 2014

English citation: Alexandrov D V, Galenko P K “Dendrite growth under forced convection: analysis methods and experimental testsPhys. Usp. 57 771–786 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201408b.0833

Список литературы (94) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (61) Похожие статьи (20)

  1. Чернов А А Современная кристаллография Т. 3 (Гл. ред. Б К Вайнштейн) (М.: Наука, 1980) с. 3; Chernov A A Modern Crystallography III: Crystal Growth (Ed.-in-Chief B K Vainshtein) (Berlin: Springer-Verlag, 1984)
  2. Борисов В Т Теория двухфазной зоны металлического слитка (М.: Металлургия, 1987)
  3. Trivedi R, Kurz W Int. Mater. Rev. 39 49 (1994)
  4. Овсиенко Д Е Зарождение и рост кристаллов из расплава (Киев: Наукова думка, 1994)
  5. Galenko P K, Zhuravlev V A Physics of Dendrites (Singapore: World Scientific, 1994)
  6. Федоров О П Процессы роста кристаллов: кинетика, формообразование, неоднородности (Киев: Наукова думка, 2010)
  7. Kurz W, Fisher D J Fundamentals of Solidification 3rd ed. (Aedermannsdorf: Trans Tech Publ., 1989)
  8. Журавлев В А Затвердевание и кристаллизация сплавов с гетеропереходами (М.: Ин-т компьют. исслед., РХД, 2006)
  9. Herlach D, Galenko P, Holland-Moritz D Metastable Solids from Undercooled Melts (Amsterdam: Elsevier, 2007)
  10. Herlach D M, Galenko P K, Hartmann H Rubin Wissenschaftsmag. Ruhr Univ. Bochum (3 - 5) 30 (2008)
  11. Langer J S Rev. Mod. Phys. 52 1 (1980)
  12. Уманцев А Р, Виноградов В В, Борисов В Т Кристаллография 31 1002 (1986); Umantsev A R, Vinogradov V V, Borisov V T Sov. Phys. Crystallogr. 31 596 (1986)
  13. Boettinger W J et al. Annu. Rev. Mater. Res. 32 163 (2002)
  14. Asta M et al. Acta Mater. 57 941 (2009)
  15. Eckler K, Herlach D M Mater. Sci. Eng. A 178 159 (1994)
  16. Galenko P K et al. Mater. Sci. Eng. A 375 - 377 488 (2004)
  17. Funke O et al. J. Cryst. Growth 297 211 (2006)
  18. Иванцов Г П ДАН СССР 58 567 (1947)
  19. Иванцов Г П ДАН СССР 83 573 (1952)
  20. Иванцов Г П Рост кристаллов. Материалы Второго совещания по росту кристаллов, Москва, 23 марта - 1 апреля 1959 г. Т. 3 (Отв. ред. А В Шубников, Н Н Шефталь) (М.: Изд-во АН СССР, 1961)
  21. Темкин Д Е ДАН СССР 132 1307 (1960)
  22. Темкин Д Е Кристаллография 7 446 (1962)
  23. Horvay G, Cahn J W Acta Metallurg. 9 695 (1961)
  24. Mullins W W, Sekerka R F J. Appl. Phys. 35 444 (1964)
  25. Nash G E, Glicksman M E Acta Metallurg. 22 1283 (1974)
  26. Langer J S, Müller-Krumbhaar H Acta Metallurg. 26 1681 (1978)
  27. Willnecker R, Herlach D M, Feuerbacher B Phys. Rev. Lett. 62 2707 (1989)
  28. Kessler D A, Koplik J, Levine H Adv. Phys. 37 255 (1988)
  29. Brener E, Melnikov V I Adv. Phys. 40 53 (1991)
  30. Dash S K, Gill W N Int. J. Heat Mass Trans. 27 1345 (1984)
  31. Benamar M, Bouissou Ph, Pelce P J. Cryst. Growth 92 97 (1988)
  32. Bouissou Ph, Pelcé P Phys. Rev. A 40 6673 (1989)
  33. Ben Amar M, Pelcé P Phys. Rev. A 39 4263 (1989)
  34. Galenko P K, Herlach D M Phase Transformations in Multicomponent Melts (Ed. D M Herlach) (Weinheim: Wiley-VCH, 2008) p. 353
  35. Herlach D M Annu. Rev. Mater. Sci. 21 23 (1991)
  36. Herlach D M et al. Int. Mater. Rev. 38 273 (1993)
  37. Herlach D M Mater. Sci. Eng. R 12 177 (1994)
  38. Glicksman M E, Koss M B, Winsa E A Phys. Rev. Lett. 73 573 (1994)
  39. Mathiesen R H et al. Metallurg. Mater. Trans. A 37 2515 (2006)
  40. Ruvalcaba D et al. Acta Mater. 55 4287 (2007)
  41. Ramirez J C, Beckermann C Acta Mater. 53 1721 (2005)
  42. Jeong J-H, Goldenfeld N, Dantzig J A Phys. Rev. E 64 041602 (2001)
  43. Galenko P K et al. Computational Modeling and Simulation of Materials III. Proc. of the 3rd Intern. Conf., Acireale, Sicily, Italy, May 30 - June 4, 2004 Pt. B (Eds P Vincenzini, A Lami, F Zerbetto) (Faenza: Techna, 2004) p. 565
  44. Hyers R W et al. Ann. New York Acad. Sci. 1027 474 (2004)
  45. Volkmann Th et al. Phase Transformations in Multicomponent Melts (Ed. D M Herlach) (Weinheim: Wiley-VCH, 2008) p. 227
  46. Matson D M et al. J. Jpn. Soc. Microgr. Appl. 27 238 (2010)
  47. Herlach D M, Galenko P K Mater. Sci. Eng. A 449-451 34 (2007)
  48. Reutzel S et al. Appl. Phys. Lett. 91 041913 (2007)
  49. Reutzel S et al. Proc. of the 59th Intern. Astronautical Congress, IAC 2008, Glasgow, Scotland, 29 September - 3 October 2008 Vol. 1 (Red Hook, NY: Curran Associates, Inc., 2008) p. 593
  50. Schwarz M et al. Phys. Rev. Lett. 73 1380 (1994)
  51. Karma A Int. J. Non-Equilibrium Process 11 201 (1998)
  52. Lipton J, Glicksman M E, Kurz W Metallurg. Trans. A 18 341 (1987)
  53. Lipton J, Kurz W, Trivedi R Acta Metallurg. 35 957 (1987)
  54. Alexandrov D V, Galenko P K, Herlach D M J. Cryst. Growth 312 2122 (2010)
  55. Alexandrov D V, Malygin A P, Galenko P K Proc. 8th Intern. Conf. on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Mauritius, 11 - 13 July 2011 p. 299
  56. Herlach D M, Galenko P K J. Jpn. Soc. Microgr. Appl. 27 245 (2010)
  57. Davidoff E et al. Acta Mater. 61 1078 (2013)
  58. Chan S-K, Reimer H H, Kahlweit M J. Cryst. Growth 32 303 (1976)
  59. Huang S-C, Glicksman M E Acta Metallurg. 29 701 (1981)
  60. Emsellem V, Tabeling P J. Cryst. Growth 156 285 (1995)
  61. Herlach D M, Matson D M (Eds) Solidification of Containerless Undercooled Melts (Weinheim: Wiley-VCH, 2012)
  62. Meister T et al. Control Eng. Practice 11 (2) 117 (2003)
  63. Flemings M C et al. "Levitation observation of dendrite evolution in steel ternary alloy rapid solidification (LODESTARS)" NASA Science Requirement Document LODESTARS-RQMT-0001 (Washington, DC: NASA, 2003)
  64. Matson D M, Hyers R W, Volkmann Th J. Jpn. Soc. Microgr. Appl. 27 (4) 238 (2010)
  65. Hyers R W Solidification of Containerless Undercooled Melts (Eds D M Herlach, D M Matson) (Weinheim: Wiley-VCH, 2012) p. 31
  66. Tourret D et al. Acta Mater. 59 4665 (2011)
  67. Binder S PhD Thesis (Bochum: Ruhr Univ., 2010)
  68. Bojarevich V, Kao A, Pericleous K Solidification of Containerless Undercooled Melts (Eds D M Herlach, D M Matson) (Weinheim: Wiley-VCH, 2012) p. 321
  69. Meirmanov A M The Stefan Problem (Berlin: Walter de Gruyter, 1992)
  70. Gupta S C Classical Stefan Problem (Amsterdam: Elsevier, 2003)
  71. Lamb H (Sir) Hydrodynamics (New York: Dover Publ., 1945); Ламб Г Гидродинамика (М. - Л.: Гостехиздат, 1947)
  72. Кочин Н Е, Кибель И А, Розе Н В Теоретическая гидромеханика Т. 2 (Л. - М.: Гостехиздат, 1948); Kochin N E, Kibel' I A, Roze N V Theoretical Hydromechanics (New York: Interscience Publ., 1964)
  73. Kessler D A, Koplik J, Levine H Phys. Rev. A 33 3352 (1986)
  74. Barbieri A, Langer J S Phys. Rev. A 39 5314 (1989)
  75. Pelce P, Bensimon D Nucl. Phys. B Proc. Suppl. 2 259 (1987)
  76. Pelcé P (Ed.) Dynamics of Curved Fronts (Boston: Academic Press, 1988)
  77. Fröman N, Fröman P O JWKB Approximation: Contributions to the Theory (Amsterdam: North-Holland, 1965); Фреман Н, Фреман П У ВКБ-приближение (М.: Мир, 1967)
  78. Zel'dovich Ya B et al. Combust. Sci. Technol. 24 1 (1980)
  79. Caroli B et al. Phys. Rev. A 33 442 (1986)
  80. Galenko P et al. Acta Mater. 55 6834 (2007)
  81. Galenko P et al. Acta Mater. 57 6166 (2009)
  82. Bouissou P, Perrin B, Tabeling P Phys. Rev. A 40 509(R) (1989)
  83. Kurnatowski M, Grillenbeck Th, Kassner K Phys. Rev. E 87 042405 (2013)
  84. Tong X et al. Phys. Rev. E 63 061601 (2001)
  85. Trivedi R, Kurz W Acta Metallurg. 34 1663 (1986)
  86. Galenko P K, Danilov D A Phys. Rev. E 69 051608 (2004)
  87. Alexandrov D V, Galenko P K Phys. Rev. E 87 062403 (2013)
  88. Александров Д В, Пинигин Д А ЖТФ 83 (3) 1 (2013); Alexandrov D V, Pinigin D A Tech. Phys. 58 309 (2013)
  89. Alexandrov D V, Galenko P K J. Phys. A Math. Theor. 46 195101 (2013)
  90. Galenko P K, Binder S, Ehlen G J Solidification of Containerless Undercooled Melts (Eds D M Herlach, D M Matson) (Weinheim: Wiley-VCH, 2012) p. 349
  91. Hartmann H et al. J. Appl. Phys. 103 073509 (2008)
  92. Binder S, Galenko P K, Herlach D M Phil. Mag. Lett. 93 608 (2013)
  93. Binder S, Galenko P K, Herlach D M J. Appl. Phys. 115 053511 (2014)
  94. Шубников А В, Парвов В Ф Зарождение и рост кристаллов (М.: Наука, 1969)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение