半浮区液桥是一种用来模拟浮区法生长晶体的简化几何模型。其自由表面由液桥介质自身表面张力维持。当在液桥两端施加温度差或浓度差时,会在自由表面形成温度梯度或浓度梯度,引起表面张力分布不均,驱动液桥流动,产生毛细对流。本文基于Fortran语言,建立了液桥的物理数学模型,以连续性方程、Navier-Stokes方程、能量方程、质量传输方程和Level set函数作为控制方程,研究了液桥内热毛细对流、溶质毛细对流以及耦合热-溶质毛细对流。并讨论分析了液桥内部流动特性以及自由液面上浓度、温度以及速度分布情况。计算过程采用了交错网格,利用投影法求解Navier-Stokes方程,保证了连续性方程的成立,能量方程和浓度输运方程的对流项采用Quick格式,扩散项则采用中心差分格式,而在Level set函数中,对流项采用了二阶ENO格式。为了保证Level set函数在计算过程中始终是距离函数,引入了重新初始化函数。除此之外,为了避免液桥介质在计算中的耗散,在总程序中插入了面积守恒的子程序。本文的研究特点在于考虑了自由表面的动态形变前提下研究不同条件下的热毛细对流、溶质毛细对流以及热-溶质毛细对流。在经过对计算程序进行有效性验证的基础上,本文着重从以下几个问题进行研究分析:(1)无重力条件下液桥内纯热毛细对流、纯溶质毛细对流在不同初始情况时流场的分布、自由表面形变与液桥表面浓度温度速度的对应关系,并对热毛细对流以及溶质毛细对流振荡流进行了探究。(2)将热毛细对流与溶质毛细对流耦合到液桥中,分别研究了热毛细力主导的热-溶质毛细对流、浓度毛细力主导的热-溶质毛细对流以及两者强度相当的热-溶质毛细对流。并将结果与纯热毛细对流和纯浓度毛细对流对比,研究两者在耦合时是如何影响对方。根据本文的实验结果,我们得到如下结论:(1)在纯热毛细对流中,液桥内流动沿液桥自由表面从热端流向冷端,而在液桥内部从冷端流回热端。造成等温线在靠近液桥自由表面处向下弯曲,而液桥内部相反。液桥自由表面形变在上方表现为向内凹陷,在下方表现为向外凸出,且随温差的增加而加大。液桥自由表面轴向速度与径向速度也都随温差一同增加;(2)在纯溶质毛细对流中,液桥内流动沿液桥自由表面从低浓度端流向高浓度端,而在液桥内部从高浓度端流回低浓度端。造成浓度等值线在靠近液桥自由表面处向上弯曲,而液桥内部相反。与热毛细对流不同,液桥自由表面形变没有固定的形状且杂乱无章。液桥自由表面轴向速度与径向速度随浓度差的增加而降低;(3)纯热毛细对流与纯溶质毛细对流振荡都会随温差和浓度差的增大而更加剧烈。当发生振荡后,热毛细对流中自由表面越靠近热端,振幅越大,振荡越剧烈;溶质毛细对流则在液桥两端振荡都很剧烈,相反在于自由表面中心振荡的幅度要小。热毛细对流是从液桥中心开始振荡,而溶质毛细对流从液桥上端起振;(4)当某种毛细力在热-溶质毛细对流中占主导地位时,液桥内部的流动特点也会趋于该种毛细对流。而当两种毛细力作用相当时,液桥内并不是由于两者互相抵消而没有流动存在,而是依旧会保持某种毛细对流存在;(5)当温度差和浓度差都很小时,热毛细力与溶质毛细力两者在液桥内是相互影响,此时双方都抑制了对方发生振荡的可能。随着温度差与浓度差的增大,此时相应的热毛细对流与溶质毛细对流都已发生振荡,而在耦合热-溶质毛细对流中,两者不再是相互抑制振荡的发生,而是加剧了液桥内振荡。但当温度差与浓度差一方很大而另一方很小时,热毛细力与溶质毛细力相差较大。此时较小的一方起到抑制作用,但在温度与浓度扩散过程中,还是会不可避免产生剧烈的振荡。