УДК

536.2.01

Сведения об авторах

О.Н. Шабловский*, Д.Г. Кроль*
*Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого (Республика Беларусь)

Аннотация

Решена задача о динамическом внешнем воздействии стоячей волны на стационарные периодические тепловые структуры: «полосы», «прямоугольники», «треугольники», «ячейки». Центральным пунктом применяемой модели является учет локально-неравновесных свойств теплопереноса в рамках релаксационной модели Максвелла. Для уравнений теплопереноса построено новое точное аналитическое решение, описывающее воздействие на материал двух источников энергии: знакопеременный объемный источник моделирует конкуренцию между температурными областями с тепловыделением и теплоотдачей; внешний по отношению к среде источник действует на линии разрыва теплового поля и возбуждает стоячую волну. Стационарная часть полученного решения относится к установившейся во времени температуре и определяет пострелаксационный пространственно-периодический тепловой режим. Нестационарная часть решения несет информацию о колебаниях и волнах в системе «среда – источник энергии». Получены в явном аналитическом виде выражения для компонент вектора теплового потока. Вычислен сдвиг фазы колебаний продольного и поперечного к разрыву тепловых потоков. Изучены дозвуковые и сверхзвуковые (по отношению к скорости распространения тепловых возмущений) процессы генерации стоячей волны. Установлен нелинейный характер взаимодействия возбуждающих колебаний с неравновесной средой. Проведен детальный анализ поведения тепловых чисел Маха, определяющих свойства волн в продольном и поперечном к разрыву направлениях. Построен безразмерный параметр неравновесности системы, и показано его существенное влияние на дозвуковой и сверхзвуковой режимы распространения волн. Определены морфологические свойства изотерм. Построен фазовый портрет теплофизической системы в пространстве «про- дольная компонента вектора теплового потока – поперечная компонента – температура». Указаны значения частоты колебаний, для которых получается замкнутая либо незамкнутая фазовые траектории. Представлены примеры расположения фазовых траекторий на цилиндре и торе. Прикладные аспекты данной задачи связаны с проблемой формирования периодических структур при взрывной кристаллизации аморфных пленок, напыленных на подложку.

Ключевые слова

стоячая тепловая волна, источник энергии, локально-неравновесный теплоперенос, периодические тепловые структуры, взрывная кристаллизация

Список литературы

1. Александров Л.Н. Кинетика кристаллизации и перекристаллизации полупроводниковых пленок. Новосибирск, 1985. 224 с.
2. Шкловский В.А., Кузьменко В.М. Взрывная кристаллизация аморфных веществ // УФН. 1989. Т. 157, вып. 2. С. 311–338.
3. Grigoropoulos C., Rogers M., Ko S.H., Golovin A.A., Matkowsky B.J. Explosive Crystallization in the Presence of Melting // Physical Review B. 2006. Vol. 73. P. 184125-1–184125-15.
4. Nikolova L., Stern M.J., MacLeod J.M., Reed B.W., Ibrahim H., Campbell G.H., Rosei F., Lagrange T., Siwick B.J. In Situ Investigation of Explosive Crystallization in a-Ge: Experimental Determination of the Interface Response Function Using Dynamic Transmission Electron Microscopy // J. Appl. Phys. 2014. Vol. 116. Р. 093512-1–093512-9.
5. Buchner C., Schneider W. Explosive Crystallization in Thin Amorphous Layers on Heat Conducting Substrates // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 117. P. 245301-1–245301-12.
6. Шабловский О.Н., Кроль Д.Г. Формирование периодических тепловых структур при взрывной кристаллизации аморфных пленок // Тепловые процессы в технике. 2009. № 5. С. 178–182.
7. Шабловский О.Н., Кроль Д.Г. Возбуждение стоячей волны в пространственно-периодическом тепловом поле // Тепловые процессы в технике. 2015. № 5. С. 222–226.
8. Жоу Д., Касас-Баскес Х., Лебон Дж. Расширенная необратимая термодинамика. М.; Ижевск, 2006. 528 с.
9. Mullis A.M. The Origins of Spontaneous Grain Refinement in Deeply Undercooled Metallic Melts // Metals. 2014. Vol. 4. P. 155–167.
10. Ohdaira K., Fujiwara T., Endo Y., Nishizaki S., Matsumura H. Explosive Crystallization of Amorphous Silicon Films by Flash Lamp Annealing // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 106. P. 044907-1–044907-8.
11. Bostanjoglo O. Time-Resolved TEM of Pulsed Crystallization of Amorphous Si and Ge Films // Phys. Stat. Sol. 1982. Vol. 70. P. 473–481.
12. Мягков В.Г., Квеглис Л.И., Жигалов B.C., Фролов Г.И. Дендритная кристаллизация аморфных пленок железа // Изв. РАН. Сер. физическая. 1995. Т. 59, № 2. С. 152–156.
13. Жарков С.М., Квеглис Л.И. Кристаллизация пленок железо–углерод, инициированная электронным пучком // Физика твердого тела. 2004. Т. 46, вып. 5. С. 938–943.
14. Olemskoi A.I., Khomenko A.V., Koverda V.P. Explosive Crystallization Mechanism of Ultradisperse Amorphous Films // Physiсa A. 2000. Vol. 284. P. 79–96.
15. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М., 1973. Т. 1. 536 с.