氨热法晶体生长中传热传质及动力学研究

本项目将利用自主发展的基于非正交网格和空间二阶精度有限体积法的大型程序对氨热法晶体生长过程中的温度场、流场及浓度场进行模拟。氨热法生长氮化镓晶体时采用液态氨作为溶剂，通过选择合适的温度、压力及温度梯度获得营养素的输运以及晶体的生长。利用单一区域连续介质的流体力学计算模型对高压釜内部的流体/多孔介质复合层中的流动进行模拟。对于多孔介质层，采用Darcy-Brinkmann-Forchheimer运动方程；对于流体层，采用Navier-Stokes方程。在计算传热时考虑加热器、高压釜及内部液体等部件。将建立晶体生长动力学模型，并求解与生长动力学边界条件耦合的组分输运方程，从而预测组分浓度分布及晶体生长速率。通过与文献中氮化镓晶体生长实验数据的比较，确定生长速率与过饱和度之间的比例系数。通过该研究可以了解高压釜内部营养素输运及溶液中晶体结晶的本质，并为氨热法晶体生长提供理论依据和指导。