在实际应用中,浮区法晶体生长技术被广泛利用于制备高品质晶体,液桥是研究浮区内流动的科学理想化模型。在微重力下利用浮区法生产晶体的过程中,原材料中有时会掺有一定量的杂质,杂质的浓度在液桥自由表面上的非均匀分布将驱动产生溶质毛细对流,当对流发生振荡时会在最终晶体内部或表面形成条纹缺陷,严重影响晶体质量,因而研究浮区内振荡溶质毛细对流的流动特性和振荡机理有助于改善晶体的生长过程并提高质量。本文考虑了液桥自由表面形状的动态变化,重点研究了不同浓度差下的稳态溶质毛细对流的流动特性和自由表面的变形情况;一定浓度差下的振荡溶质毛细对流的浓度分布、流动结构、速度和自由面横向位移的振荡特性;不同的液桥高径比对振荡溶质毛细对流流动特性的影响。计算过程中采用均匀的交错网格,以连续性方程、Navier-Stokes方程以及浓度扩散方程为控制方程对液桥内的流动进行计算,利用带有重新初始化和面积守恒的Level set方法实现对自由表面微小变形的捕获。根据数值计算结果得到如下主要结论:1.对于稳态溶质毛细对流,液桥内部两侧出现一对方向相反且轴对称的胞元流结构;溶质的浓度在回流作用下,缓慢地被输运向内部及表面使整个液桥的浓度分布趋于均匀;在低浓度差下自由表面的形状变化表现为在上下盘附近向内凹进,在中间高附近向外凸出。2.对于振荡溶质毛细对流,液桥内的胞元流结构和浓度等值线呈现出非对称性分布;角区处的流动对液桥整体的流动有重要影响;在高浓度角区,径向速度的振荡较轴向速度剧烈,在中间高附近区域则情况相反,自由面附近的速度振荡较内部的剧烈;角区自由面横向位移的振荡强于中间高附近自由面横向位移的振荡。3.在一定的液桥高度范围内,高度越小,浓度和速度的振荡幅度越小,表明溶质毛细对流越稳定;浓度和速度的起振时间与高径比之间存在一种复杂的关系。