微重力条件下熔-固相变对流与浮区对流的耦合

本文以空间材料生长为背景,用有限元法研究微重力条件下的浮区单晶生长过程,考虑了表面张力对流与浮区对流的耦合作用,计算了凝固界面形状,结果表明,晶体的生长速度是个重要的影响因素,生长时,单晶-熔体界面比多晶-熔体界面更倾斜;当生长速度超过临界值时,多晶-熔体界面附近的Marangoni涡会分裂出二次涡。 关键词：     

铁磁形状记忆合金Ni52.5Mn23.5Ga24马氏体相变热滞后的研究

用相界面摩擦原理计算了Ni525Mn235Ga24单晶样品在马氏体相变过程中由于相界面摩擦所消耗的能量.计算结果表明,克服相界面摩擦所需要的能量为1314Jmol,仅占相变潜热的一小部分.另外,精细的交流磁化率测量样品的转变循环回线结果表明,相变热滞后的大小和马氏体的转变百分数成正比,从而进一步证明了热弹性马氏体相变的热滞后来源于相界面推移过程中的摩擦 关键词： 马氏体相变 Ni2MnGa     

有限元技术用于研究熔体生长中的小面化现象

开发了一种基于边界保角变换技术的有限元方法来处理自由边界问题,并成功地将其用于晶体定向生长过程中的界面动力学影响的研究。所建立的基于石榴石熔体生长过程的各向异性的界面动力学模型可导致相界面上小面的出现。讨论了界面动力学模型中的最大偏移角θｍａｘ对小面的形状和计算误差的影响,给出了一种十分有效地降低计算误差的措施：在模型方程中适当计人表面张力的影响。     

有限元技术用于研究熔体生长中的小面化现象

开发了一种基于边界保角变换技术的有限元方法来处理自由边界问题,并成功地将其用于晶体定向生长过程中的界面动力学影响的研究。所建立的基于石榴石熔体生长过程的各向异性的界面动力学模型可导致相界面上小面的出现。讨论了界面动力学模型中的最大偏移角θmax对小面的形状和计算误差的影响,给出了一种十分有效地降低计算误差的措施：在模型方程中适当计人表面张力的影响。     

相场方法模拟铝合金三维枝晶生长

以相场模型为基础，采用宏微观耦合方法和界面捕获液态方法对铝合金枝晶生长进行模拟计算.为解决试样全场微观计算的困难，采取宏微观耦合的计算方法，试样整体计算温度场，而微观组织计算只在一个确定的宏观单元内进行，宏观微观计算交替耦合进行.在不改变相场模型的条件下，提出界面捕获液态计算方法.赋值计算单元界面标志，只对界面处的单元求解相场变量，当枝晶生长时，捕获液态单元为界面从而推进界面，并对捕获到的单元校正相场变量.通过界面捕获液态方法加速相场模型的计算，实现了铝合金试件局部三维单晶粒和多晶粒的模拟.对模拟结果与实 关键词： 相场方法 液态捕获 微观组织 枝晶     

Ni2MnGa单晶马氏体相变过程摩擦耗能的热动力学计算

根据相界面摩擦原理 ,在推导出计算Ni2 MnGa系统热动力学参量的一般表示式的基础上 ,结合马氏体相变温度分别在室温以下、室温附近、室温以上三种非正配分比Ni2 MnGa单晶自发相变应变和交流磁化率随温度变化的测量结果 ,计算了三种样品马氏体相变过程中界面摩擦所消耗的能量 .结果进一步表明正是相变过程中的界面摩擦导致了相变的热滞后 ,而三种样品马氏体相变过程的摩擦耗能和相变热滞后存在较大差别的原因在于三种样品马氏体相变生成物具有不同的结构     

直拉硅单晶生长过程中工艺参数对相变界面形态的影响

为改善晶体相变界面形态,提高晶体品质,提出了一种融合浸入边界法（immersed boundary method,IBM）和格子Boltzmann法（lattice Boltzmann method,LBM）的二维轴对称浸入边界热格子Boltzmann模型来研究直拉法硅单晶生长中的相变问题.将相变界面视为浸没边界,用拉格朗日节点显式追踪相变界面;用LBM求解熔体中的流场和温度分布;用有限差分法求解晶体中的温度分布.实现了基于IB-LBM的动边界晶体生长过程研究.得到了不同晶体生长工艺参数作用下的相变界面,并用相变界面位置偏差绝对值的均值和偏差的标准差来衡量界面的平坦度,得到平坦相变界面对应工艺参数的调整方法.研究表明,相变过程与晶体提拉速度、晶体旋转参数和坩埚旋转参数的相互作用有关,合理地配置晶体旋转参数和坩埚旋转参数的比值,能够得到平坦的相变界面.     

Ni2MnGa单晶马氏体相变过程摩擦耗能的热动力学计算

根据相界面摩擦原理，在推导出计算Ni₂MnGa系统热动力学参量的一般表示式的基础上，结合马氏体相变温度分别在室温以下、室温附近、室温以上三种非正配分比Ni₂MnGa单晶自发相变应变和交流磁化率随温度变化的测量结果，计算了三种样品马氏体相变过程中界面摩擦所消耗的能量.结果进一步表明正是相变过程中的界面摩擦导致了相变的热滞后，而三种样品马氏体相变过程的摩擦耗能和相变热滞后存在较大差别的原因在于三种样品马氏体相变生成物具有不同的结构. 关键词： 马氏体相变 应变 界面摩擦     

Czochralski晶体生长中非定常热对流过程的数值模拟

本文应用有限控制体算法,采用中心差分格式处理具有Boussinesq近似的N-S方程的对流和扩散通量项,计算了无坩埚和籽晶旋转情况下CZ晶体生长中熔体的非定常自然对流。数值计算的结果得到了某些典型时刻的流场结构和温度分布情况。结合计算得到的CZ熔体总动能和总热能随时间变化的规律,分析了流场和温度场的不稳定变化过程。此外,计算结果还给出了在非稳定热对流影响下的晶-液界面热通量的变化。非定常计算的结果对于研究自然对流和CZ单晶生长,具有理论和实际意义。 关键词：     

纯物质自由枝晶生长特征的Fourier变换研究

本文用光学中Fourier变换的概念和方法处理纯物质自由枝晶尖端前沿的热势波传输问题,进而描述其凝固界面生长形态变化特征。具体做法是:先将热势波与枝晶端部作用后的传播过程用Fourier变换表示出来,从而求得了热势的空间分布,再由热势的分布特征反推出枝晶尖端界面生长形态的演化特点。这种方法还可简洁地处理界面能各向异性对界面凝固生长特征的作用问题。     

Computer simulations of heterogeneous crystal growth of atomic systems

The systematic study of the mechanisms of heterogeneous crystal growth has proven somewhat difficult. Here we briefly review previous work in this area. We then report a novel molecular dynamics simulation methodology that has been developed to enable the creation of steady-state crystal growth–melting. We employ this methodology to examine BCC and FCC 001, 011 and 111 crystal faces of systems of spherical particles interacting through Lennard-Jones and inverse sixth-power potentials. Various growth–melting conditions are explored involving different temperature gradients and velocities. Profile functions of various quantities across the interface have been recorded; as measured in the moving frame by the present approach, these functions are effectively averaged over the molecular detail of the interface and become smooth. This characteristic allows for new ways of interpreting profile functions like the energy and local structural order parameters. We find that when the derivative of these profile functions is taken with respect to the z dimension, we obtain consistent peaks that characterize the freezing–melting interfaces. Consequently, the position and width of an interface are easily identified. The interfacial widths calculated show that it is somewhat dependent on the temperature gradient but no dependence on the growth velocity was observed. The interfacial widths are found to decrease in the order 001?>?011?>?111. Furthermore we determine interfacial tensions, which arise directly out of our methodology. We are able to demonstrate that ordering and disordering are distinct and different processes occurring at both the melting and freezing interfaces.     

溶液中球形晶体溶解的分析

从物质溶液浓度变化角度考虑了球形晶体在溶液中溶解随表面张力的变化,利用渐近方法求出了在溶液中球形晶体溶解的浓度和界面的近似解析解,能够计算出溶解过程中球形晶体溶解的浓度、界面演化形态.研究了表面张力对于溶液中溶质浓度分布、球晶界面形态和溶解速度的影响.结果表明,表面张力促进了球形晶体在溶液中的溶解.随着表面张力参数增大,溶液中在界面前沿的溶质浓度升高,球形晶体的溶解速度增大;随着时间的增加,溶解速度逐渐变大,球形晶体半径逐渐变小,直至溶解结束.     

各向异性表面张力对定向凝固中深胞晶生长的影响

利用匹配渐近展开法和多变量展开法求出定向凝固深胞晶生长的浓度场和界面形态的全局渐近解,研究各向异性表面张力对定向凝固深胞晶生长的影响.结果表明,各向异性表面张力对定向凝固过程深胞晶生长有显著的影响.随着各向异性表面张力增大,胞晶前端部分浓度减小而胞晶界面收缩;胞晶根部的浓度增大而界面曲率增大或根部的曲率半径减小,各向异性表面张力使得深胞晶界面振幅增加.本文结果能够计算定向凝固过程中深胞晶生长的浓度、界面形态.     

碲溶剂法生长碲镉汞晶体的数值模拟

提出了碲溶剂法在稳态条件下生长碲镉汞晶体的理论模型.该模型利用与时间相关的一维物质扩散方程组，熔区自由边界通过相图来确定.采用有限差分法完成了组分x=0.2的长波碲镉汞晶体生长过程的数值模拟.讨论了液相区温度场分布、加热器移动速度、液相区长度和生长界面温度对生长碲镉汞晶体轴向组分的影响.模拟结果与实验结果相符. 关键词：     

界面动力学对过冷熔体中球晶生长界面形态的影响

考虑了在非平衡凝固条件下球晶生长过程中界面动力学系数随界面温度的变化,利用渐近分析方法求出了在过冷熔体中球晶生长温度场和界面的近似解析解,研究了非线性界面动力学过冷对于过冷熔体中球晶界面形态和生长速度的影响.研究表明,界面动力学系数越大,球晶的生长速度越快; 反之,表明界面动力学系数越小,球晶的生长速度越慢.与忽略界面动力学的情形比较,在球晶生长过程中依赖于界面温度变化的界面动力学显著地减缓了晶体生长的速度. 关键词： 球晶 界面形态 渐近分析     

Some new optical measurement techniques for the study of crystal growth and electrode processes

This paper discusses some new optical measurement techniques for the study of crystal growth and electrode processes, namely, holographic phase-contrast interferometric microphotography (HPCIM), phase conjugation interferometry (PCI) and laser diffractometry. Using these techniques, real-time crystal growth and electrode processes can be observed; solid-liquid interface boundary layers and the crystal surface morphology can be studied quantitatively and solution saturation and crystal growth rates can be measured precisely. These techniques are also compared with other methods.     

矩形网格上VOF运动界面重构的流体体积分数保持法

针对处理运动界面问题的流体体积函数(VOF)法,提出一种新的流体体积分数保持界面重构算法.该方法在单个网格内用斜线段近似运动界面,并要求相邻网格内的斜线段在公共边上的交点重合,通过保持网格内的流体体积分数不变,在边界网格上建立非线性方程组,通过求解非线性方程组,确定运动界面边界线与网格线的交点位置,最终重构出运动界面的形状.应用算例模拟结果表明,该方法能够高精度,较少尖点地重构运动界面,证实了该方法的有效性和可行性.     

Kelvin Helmholtz Instability in a Magnetoplasma

Two dimensional transverse Kelvin-Helmholtz (K-H) instability has been studied at the interface between the two fluids (plasma medium) of finite thickness in relative motion to each other. The perturbations on the interface are assumed to be electromagnetic and a dispersion relation is obtained. The interface (boundary) has been found to be unstable for a wide range of perturbation wavelengths (wave numbers kx, ky). It is shown that the modification introduced by electromagnetic (quasi-electrostatic) perturbations in comparison to electrostatic one is to reduce the growth rate of perturbations. The growth rate maximizes when kx = ky. The applications of this study have been discussed to explain some of the observed ionospheric (auroral arc formation) and magnetospheric (unstable magnetopause boundary, hydromagnetic pulsations) phenomena.     

运动网格上的水下爆炸数值模拟方法

 在对水下爆炸过程的数值模拟中,把水-气介质界面当作一种特殊的内部边界,并且在该边界上的网格节点都有双重定义,分别对应边界两侧的不同介质状态,通过利用HLLC（Harten,Lax,van Leer,Contact）方法求解任意ALE（Arbitrary Largrangian Eulerian Method,拉格朗日-欧拉方程）方程组,以及运用界面跟踪和动网格方法,对一维球对称水下爆炸模型进行了数值模拟。结果表明,所得到的数值计算结果与实验结果吻合得较好,并且在扩展到二维柱对称水下爆炸模型时,同样得到了满意的结果。