Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов
В качестве факторов, влияющих на погрешность измерения переохлаждения фронта методами оптической пирометрии при кристаллизации в системе полупрозрачных материалов, рассматриваются оптические толщины и перепады температур в кристалле и расплаве. Предложена расчетная поправка для снижения погрешности...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61355 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов Optical pyrometry features in absorbing mediums during crystal growth process / В.И. Дешко, А.Я. Карвацкий, А.В. Ленькин, Ю.В. Лохманец // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 221-224. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61355 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-613552014-05-01T03:01:32Z Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов Дешко, В.И. Карвацкий, А.Я. Ленькин, А.В. Лохманец, Ю.В. В качестве факторов, влияющих на погрешность измерения переохлаждения фронта методами оптической пирометрии при кристаллизации в системе полупрозрачных материалов, рассматриваются оптические толщины и перепады температур в кристалле и расплаве. Предложена расчетная поправка для снижения погрешности измерения переохлаждения в полупрозрачных средах. В якості факторів, що впливають на похибку вимірювання переохолодження фронту методами оптичної пірометрії при кристалізації в системі напівпрозорих матеріалів, розглядаються оптичні товщини й перепади температур у кристалі й розплаві. Запропоновано розрахункову поправку для зниження похибки вимірювання переохолодження в напівпрозорих середовищах. Optical opacity and thermal gradients in crystal and melt are considered as the factors influencing a measuring error of front supercooling by methods of an optical pyrometry at crystallization in system of semitransparent materials. The correction for supercooling measuring error reduction in semitransparent mediums is proposed. 2007 Article Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов Optical pyrometry features in absorbing mediums during crystal growth process / В.И. Дешко, А.Я. Карвацкий, А.В. Ленькин, Ю.В. Лохманец // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 221-224. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61355 539.19/.19 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В качестве факторов, влияющих на погрешность измерения переохлаждения фронта методами оптической пирометрии при кристаллизации в системе полупрозрачных материалов, рассматриваются оптические толщины и перепады температур в кристалле и расплаве. Предложена расчетная поправка для снижения погрешности измерения переохлаждения в полупрозрачных средах. |
| format |
Article |
| author |
Дешко, В.И. Карвацкий, А.Я. Ленькин, А.В. Лохманец, Ю.В. |
| spellingShingle |
Дешко, В.И. Карвацкий, А.Я. Ленькин, А.В. Лохманец, Ю.В. Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов Промышленная теплотехника |
| author_facet |
Дешко, В.И. Карвацкий, А.Я. Ленькин, А.В. Лохманец, Ю.В. |
| author_sort |
Дешко, В.И. |
| title |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| title_short |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| title_full |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| title_fullStr |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| title_full_unstemmed |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| title_sort |
особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61355 |
| citation_txt |
Особенности оптической пирометрии в поглощающих средах при росте кристаллов Optical pyrometry features in absorbing mediums during crystal growth process / В.И. Дешко, А.Я. Карвацкий, А.В. Ленькин, Ю.В. Лохманец // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 221-224. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT deškovi osobennostioptičeskojpirometriivpogloŝaûŝihsredahprirostekristallov AT karvackijaâ osobennostioptičeskojpirometriivpogloŝaûŝihsredahprirostekristallov AT lenʹkinav osobennostioptičeskojpirometriivpogloŝaûŝihsredahprirostekristallov AT lohmanecûv osobennostioptičeskojpirometriivpogloŝaûŝihsredahprirostekristallov |
| first_indexed |
2025-07-05T12:24:41Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:24:41Z |
| _version_ |
1836809749563179008 |
| fulltext |
Введение
Точность определения кинетики роста монокри;
сталлов во многом зависит от достоверности данных
по переохлаждению границы раздела фаз [1]. Вопро;
сы погрешности измерения температуры фронта
методами оптической пирометрии в условиях выра;
щивания кристаллов высокой прозрачности из не;
прозрачных расплавов рассматривались в статье [2].
Целью данной работы является исследование усло;
вий измерений переохлаждения межфазной грани;
цы в случае больших коэффициентов поглощения
выращиваемых кристаллов, непрозрачности и час;
тичной прозрачности расплава и влияния этих фак;
торов на величину погрешности измерения.
Постановка задачи
Анализ погрешности измерения переохлажде;
ния фронта выполняется на базе одномерной ма;
тематической модели радиационно;кондуктив;
ного теплообмена [3] с использованием
динамически перестраиваемой координатной
сетки.
Расчет яркостной температуры фронта осуще;
ствляется исходя из определенного на каждом
временном шаге распределения температуры в
системе кристалл;расплав по методике, описан;
ной в работе [2]. Для учета результирующей спе;
ктральной интенсивности потока излучения по;
ступающей из расплава в кристалл записывается
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 221
В якості факторів, що впливають на
похибку вимірювання переохолодження
фронту методами оптичної пірометрії
при кристалізації в системі напівпрозо)
рих матеріалів, розглядаються оптичні
товщини й перепади температур у крис)
талі й розплаві. Запропоновано розра)
хункову поправку для зниження похибки
вимірювання переохолодження в
напівпрозорих середовищах.
В качестве факторов, влияющих на
погрешность измерения переохлажде)
ния фронта методами оптической пиро)
метрии при кристаллизации в системе
полупрозрачных материалов, рассмат)
риваются оптические толщины и перепа)
ды температур в кристалле и расплаве.
Предложена расчетная поправка для
снижения погрешности измерения пере)
охлаждения в полупрозрачных средах.
Optical opacity and thermal gradients
in crystal and melt are considered as the
factors influencing a measuring error of
front supercooling by methods of an opti)
cal pyrometry at crystallization in system of
semitransparent materials. The correction
for supercooling measuring error reduc)
tion in semitransparent mediums is pro)
posed.
УДК 539.19/.19
ДЕШКО В.И., КАРВАЦКИЙ А.Я.,
ЛЕНЬКИН А.В., ЛОХМАНЕЦ Ю.В.
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ ПИРОМЕТРИИ В
ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ ПРИ РОСТЕ КРИСТАЛЛОВ
k – коэффициент поглощения;
L – высота кристалла;
n – показатель преломления;
q –радиационный поток;
R – коэффициент отражения;
I – интенсивность излучения;
T – температура;
x – координата;
δ – относительная погрешность;
λ – длина волны;
τ – время.
Нижние индексы:
0 – относится к начальному состоянию системы;
1 – относится к верхнему торцу системы крис;
талл;расплав;
2 – относится к нижнему торцу системы крис;
талл;расплав;
b – относится к яркостной температуре;
cr – относится к кристаллу;
k – относится к фронту;
m – относится к расплаву.
выражение для интенсивности излучения на
фронте:
,
Рассчитанная интенсивность излучения на
фронте используется в методике [2], по которой
и определяется яркостная температура фронта с
учетом излучения слоев расплава.
Результаты расчетов
Анализ влияния прозрачности кристалла на ве;
личину яркостной температуры фронта проводил;
ся при варьировании величины коэффициента по;
глощения кристалла в пределах от 0 м–1 до 30 м–1
при практически непрозрачном расплаве (коэф;
фициенте поглощения расплава km = 5·1010 м–1). В
качестве исходных данных принимались: высота
системы кристалл;расплав L = 36 мм; показатель
преломления кристалла ncr = 2,1; показатель пре;
ломления расплава nm = 1,9; температура верх;
ней границы T1 = 1380 K с коэффициентом отра;
жения R1 = 0,814; температура нижней границы
T2 = 1300 K с коэффициентом отражения
R2 = 0,814; температура кристаллизации
Tk = 1323 K. На рис. 1 видно, что увеличение не;
прозрачности кристалла приводит к ослаблению
величины радиационного потока и соответствен;
но уменьшению значения яркостной температуры
фронта кристаллизации, что приводит к увеличе;
нию погрешности измерения переохлаждения на
фронте.
При снижении коэффициента поглощения
расплава от 5·1010 м–1 до 1·104 м–1 наблюдается
искривление профиля температуры в тонком
слое расплаве (рис. 2), что указывает на проявле;
ние частичной прозрачности расплавленной фа;
зы. Влияние интенсивности излучения внутрен;
них слоев расплава и верхнего торца системы
приводит к увеличению значения результирую;
щего потока и яркостной температуры фронта,
что также вносит дополнительную погрешность
в пирометрическое определение температуры.
Для анализа точности определения яркостной
температуры фронта в процессе роста прозрач;
ных кристаллов из полупрозрачных расплавов
был проведен ряд численных экспериментов при
разных коэффициентах поглощения расплава.
Расчеты проводились без и с учетом переохлаж;
дения фронта. Временная зависимость переох;
лаждения фронта принималась в виде
ΔTk(τ) = 0,005τ. Темп охлаждения верхнего торца
задавался равным b1 = 0,05 К/с. На рис. 3. пока;
зано, что значение яркостной температуры
фронта в процессе кристаллизации изменяется.
222 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Влияние поглощения кристалла на
характеристики проходящего радиационного
потока. Относительное изменение:
1 – q/q0; 2 –Tb/Tb0.
Рис. 2. Распределение температуры в расплаве:
1 – при коэффициенте поглощения расплава
km = 1·104 м–1; 2 – 5·104 м–1; 3 – 5·1010 м–1.
Отклонения величины яркостной температуры
от начальной возрастают с увеличением прозрач;
ности расплава. Такое отклонение обуславлива;
ется влиянием изменяющейся во времени темпе;
ратуры внутренних слоев расплава и верхней
границы системы.
При существенных отклонениях яркостной
температуры Tb относительно базовой Tb0 отно;
сительная погрешность переохлаждения фронта,
определяемая по формуле до;
стигает значения δ = 0,5 при km = 5·104 м–1 и
δ = 2,5 при km = 1·104 м–1.
Поэтому для слоя расплава с относительно
малой оптической толщиной предлагается мо;
дификация методики измерения переохлажде;
ния, заключающаяся во введении расчетной по;
правки на базовую температуру. Базовая
температура Tb0 умножается на поправку , пред;
ставляющую собой отношение яркостной темпе;
ратуры, полученной из расчета без учета переох;
лаждения, к начальной базовой температуре:
. В этом случае исключается составля;
ющая погрешности, обусловленная частичной
прозрачностью расплава. Такой подход позволя;
ет уменьшить погрешность измерения до δ = 0,1
(рис. 4).
Выводы
Предложена методика определения яркостной
температуры фронта кристаллизации в случае ча;
стичной прозрачности расплава. На основе про;
веденного комплексного анализа выявлены ос;
новные факторы, влияющие на точность
измерения переохлаждения, определен диапазон
условий эксперимента, при которых измерения
переохлаждения с помощью оптической пироме;
трии возможны с заданной погрешностью. Пред;
ложенные расчетные поправки, полученные с
помощью численного моделирования, позволи;
ли снизить погрешность измерения переохлаж;
дения до допустимых значений.
Исследования были проведены при финансовой
поддержке программы ИНТАС проект № 05[
1000008[8111.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bykova S.V., Golyshev V.D., Gonik M.A.,
Tsvetovsky V.B., Deshko V.I., Karvatskii A.Ya.,
b 0
/
b
T T′ξ =
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 223
Рис. 3. Изменение во времени яркостной
температуры равновесного (1, 2, 5) и
переохлажденного (3, 4, 6) фронта
кристаллизации:
1, 3 – при коэффициенте поглощения расплава
km = 5·1010 м–1; 2, 4 – 5·104 м–1; 5, 6 – 1·104 м–1.
Рис. 4. Погрешность определения температуры
фронта кристаллизации:
1 – при коэффициенте поглощения расплава
km= 5·104 м–1; 2 – 1·104 м–1; 3 – 5·1010 м–1.
Lenkin A.V. Numerical and experimental investi;
gation of crystal growth rate dependence on facet
undercooling for dielectric crystal growth form
the melt //Heat Transfer Engineering. – 2006. –
V.27, N2. – P. 43 – 57.
2. Дешко В.І., Карвацький А.Я., Ленькин О.В.,
Бикова С.В., Голишев В.Д., Гонік М.О., Цветовсь[
кий В.Б. Аналіз похибки вимірювання переохо;
лодження міжфазної границі оптичним піромет;
ром// Наукові вісті НТУУ “КПІ”. –2003. – №4. –
С. 35 – 41.
3. Дешко В.И., Карвацкий А.Я. Иссле;
дование теплообмена при кристаллиза;
ции фтористого кальция //Промышлен;
ная теплотехника. – 1988. – T.10, №1. –
C. 60–65.
224 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
|