目前,在地面条件下制备大尺寸晶体,普遍采用Czochralski提拉法和Bridgman定向凝固法。但是采用上述两种方法生长对热应力作用非常敏感的晶体材料均很困难。Duffar和Regel等提出了结合Czochralski法和Bridgman法各自优点的分离结晶Bridgman晶体生长法。这种分离结晶法可以使得晶体生长的质量得到奇迹般的提高。目前,关于分离结晶的实验研究在太空微重力条件下取得较大成功,而在地面条件下的实验效果不甚理想。本课题为了探索在地面条件下实现分离结晶的途径以及分离结晶的相关机理,在地面条件下进行了分离结晶的探索实验,并采用数值模拟的方法研究了分离结晶过程中流体内部的流场和温度场。为了在地面条件下实现分离结晶,本课题尝试用充满CO2气体的水溶液和凝固温度比水高的油作为实验物质,进行分离结晶的模拟实验。由于油的密度小于水的密度且与水不相溶,所以油位于水溶液的上方。利用升降调节器将装有实验物质的容器从热端(自然环境)向冷端(恒温冷浴)移动,当水开始结冰时,由于CO2气体在冰中的溶解度远远小于在水中的溶解度,CO2气体不断地溢出。随着油的慢慢结晶,油的上表面张力和粘性力变大,使得CO2气体被困在晶体与壁面之间,从而实现了分离结晶。实验发现调节器移动速度、恒温冷浴温度、不同的油水配比量等对分离结晶效果具有显著的影响。通过数值模拟研究,分析了重力、温差及狭缝宽度对分离结晶过程中流体内部流动情况的影响。发现:由于重力作用的影响,使得流体内部的流态更加复杂;温差越大,热毛细作用越强;狭缝宽度增加,导致热毛细力作用面积增大,流动增强。研究还发现,流动变化过程中存在一个临界状态,当超过某个临界值,流动出现失稳。