湿空气相平衡的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法对湿空气两相平衡问题进行了研究.根据气液相平衡理论,建立了湿空气相平衡模型.水分子、空气分子的相互作用分别采用TIP4P势函数和L-J势函数,水分子与空气分子的相互作用采用L-J势函数.模拟中选取的水分子数为5488,空气分子数为512.模拟研究了湿空气相平衡过程两相中各成分的变化规律,模拟发现气液界面处存在空气分子富集现象,其浓度高于气相和液相的.基于此模型可以确定温度、压力等对气相含湿量和液相溶解度的影响.     

环境温度对多相混合物爆炸特性影响的实验研究

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响,利用20 L球型爆炸罐,在不同环境温度(20～50℃)下,实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明:实验工况下,乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低;铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小;气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降,最大爆炸压力上升速率先升后降,存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳;气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降,在绝大部分易挥发物质汽化后,混合物下限趋于稳定。     

高压下正戊醇的构象和氢键研究

压力是一个重要的物理参量,通过调节物质内部分子、原子间距离和相互作用力,可以引起物质结构和构象变化。正醇是一种最简单的羟基代替烷基链末端氢原子的有机物,通过氢键和烷基链之间的作用力结合在一起,被称为氢键液体。氢键的键能较小,在外部压力作用下,氢键容易被压缩而断裂或网络重排,从而导致晶体结构和对称性的改变,对材料的性能产生重要影响。正戊醇是一种短链正醇,结构虽然简单,却可以作为烷基链结构有机物的典型代表。然而,高压下正戊醇的性质研究较少,尤其压力作用下其构象变化和氢键研究尚未见报道,因此正戊醇高压研究有待进一步深入。拉曼光谱和红外光谱是高压研究中常用的谱学测量技术,能够原位探测压力作用下分子内部基团变化,是研究结构、构象和氢键作用的有效手段。基于此,利用金刚石对顶砧装置(DAC),结合拉曼光谱和红外光谱,在0~12.0 GPa压力范围对正戊醇进行了高压研究。实验结果分三部分讨论:(1)研究了压力作用下正戊醇的结构相变行为。压力在3.2 GPa时,拉曼特征峰变锐变窄,同时有特征峰劈裂和新特征峰出现的现象,说明在该压力点发生一次液固相转变。(2)揭示了正戊醇在高压下的构象变化。正戊醇存在两种构象:反式构象和扭曲构象。通过分析两种构象特征峰随压力的变化,发现正戊醇发生液固相转变的过程伴随有构象变化,液态时以扭曲构象为主,固态时以反式构象为主。(3)探究了高压对正戊醇氢键的影响。羟基的特征峰随压力的增加发生红移,说明在加压过程中氢键作用增强。伴随液固相变,羟基特征峰劈裂成多个峰,形成新的氢键网络或团簇,且随压力的增加氢键网络或团簇逐渐增大,说明氢键对压力非常敏感,且对正戊醇晶体结构的稳定起着促进作用。该研究不仅为正戊醇生产应用提供重要的指导作用,同时为其他同类或复杂分子体系的物理和化学特性研究提供参考。     

在固液混合相区物质剪切模量的讨论

 从实验和理论两个方面对处于固液相变平衡条件下物质在固液混合相区的剪切模量进行了讨论，认为物质的剪切模量在开始熔化时并不等于零。采用逾渗理论对物质在固液混合相区的固相连通性进行了计算，得到物质整体剪切模量消失的临界熔化质量分数为0.687左右。所给出的物质的熔化失稳因子F(p)能够定性的描述处于固液相变平衡条件下物质固液混合相区内相关物理参量的变化。     

高压下Al基合金的凝固组织特征

 研究了亚共晶或过共晶Al-Cu和Al-Si合金在5 GPa压力条件下凝固的显微组织特征。与常压相比,高压不仅会明显改变凝固组织形态,而且会使凝固组织尺寸发生变化,有时粗化,有时细化。凝固组织粗化还是细化与压力对液固两相区温度间隔的影响有关。当压力使液固两相区温度间隔增大时,凝固组织粗化,反之细化。此外,还提出了一种针对树枝晶和胞状晶两种不同形态组织的尺寸评价新方法。     

离子注入法制备非晶态合金

一、前 言 非晶态金属具有特异的结构[1]和性能[2],当前已引起材料科学技术工作者的广泛兴趣.非晶态金属的形成和稳定性的研究是凝聚态物理学的一个重要方面.至今制备非晶金属的方法有气相沉积法(冷却速率1015K/sec),液态急冷法(冷却速率10～6-10～9K/sec)和激光上釉法(冷却速率 109K/sec).这些方法的一个共同特点是将特定成分的气相或液相的金属合金急速的冷却,使原气相或液相物质的杂乱无章的原子排列还未来得及有序化成晶体状态之前就凝成固相,从而呈现为非晶态. 随着物理学的进展,最近的试验研究表明,用离子注入的方法也可以制成非晶…     

XRD和FTIR对沸石合成机制的光谱学解析

以粉煤灰为原料,采用优化的水热晶化一步法合成沸石。比较晶化反应过程沸石产物CEC值及化学成分的变化,推断固液体系中物质转换及元素迁移方式和途径。借助XRD,SEM,FTIR等表征反应过程沸石的晶型变化及成核特性,提出可能存在的沸石生成机制。合成产物主要为NaP1型沸石,反应24h后CEC值最大为135mmol/100g。12h后,产物中初步发现NaP1沸石相特征峰和亚晶结构,48h后出现羟基方钠石的特征弱峰。沸石生成过程涉及到固液体系间的物质流动:碱熔融作用将粉煤灰组分侵蚀进入液相体系,为沸石形成提供了原料组分,而固相体系为沸石生长提供骨架结构,液相体系和固相体系分别为晶化反应的"源"和"汇",这是液相转化机制和固相转化机制的客观反映。     

直接甲醇燃料电池气、液相流动数值模拟

本文建立了直接甲醇燃料电池(DMFC)的二维两相模型,并重点研究阳极的两相流动和质量传递.模型考虑甲醇串流现象,定量计算了在不同电流密度下甲醇串流量的大小及其对电池工作性能的影响;模型中提出求解气、液单相流速的方法,并分别研究气、液流速对物质传递和电池性能的影响.定量分析发现:由甲醇串流产生的寄生电势导致实际开路电压值远低于理论值;在大电流密度下扩散层和催化层内的气相体积分数非常大,阻碍了液相燃料向催化层扩散,成为制约电池性能的关键因素;扩散层和催化层内存在气、液两相的反向流动,且气、液相速度分别有利于排出生成气体并推动液体燃料到达催化层;减小多孔介质的扩散率将削弱对流,恶化电池性能.     

一维双流体分层/段塞流模型的特征根分析

采用特征根方法对描述水平和倾斜管内气液分层流/段塞流的一维双流体模型进行适定性分析.系统分析了气液两相密度、粘性和管道倾角对一维双流体模型适定性的影响。计算结果表明:液相密度、气相粘性和管道下倾角的增大能拓宽方程组求解的适定区域;适定界线与气液两相流流型转变界线之间存在内在联系.     

两相区中生长单晶的几个问题

在非同成分配比条件下.从熔态中生长单晶体的问题是十分重要的.这是由于目前正在广泛应用和探索的新型单晶材料,大都是多组元体系,往往不存在固液同成分点,或者即使存在固液同成分点,但由于配料误差,作同成分的挥发损失,容易造成体系组分偏离同成分点,单晶生长过程也将是在固-液两相区进行. 为了讨论在两相区生长单晶发生的分凝现象,Pfann[1]推导了组分分布公式;Hurle[2]推导了不产生组分过冷的条件.他们的推导是在分凝系数k为常数的假定下进行的,也就是对二元系,固相线与液相线为直线相交于某一组元熔点的情况. 本文的目的是对分凝系数不…     

固体中的相变

一、相变的分类 当温度、压力、电场、磁场等条件变动时,固体的特性或结构在一定的关节点上,产生突变。这是量变到质变的一种典型表现。人类早已在冷热改变时,观察到水结为冰、冰融为水的固一液相变。在近代科学发展之前,人们从生活实践中体验到,铁合金被炸火或退火处理后其性能显著改变;锡器在低温下自发毁坏(旧称锡病)。这些都是固体相变的效应。近代科学对相变的研究大约始于十九世纪中期,影响相变的因素主要是温度和压力,共次是外场(电场和磁场)。在温度和压力均逐渐改变时,同一化学组分的晶体在不同的温度和压力区间存在不同结构的相,…     

Ni掺杂对Mg-B体系反应过程及性能影响分析

以Ni掺杂MgB_2块体制备为研究对象,通过对含5%Ni的Mg-B样品进行不同加热速率分析发现,Mg-Ni在低温下形成的共晶液相有利于促进Mg-B在固相阶段的反应,从而降低试样的反应温度,避免镁的挥发;而在610℃附近出现的完全共晶液相更进一步促进了剩余物质间的反应,从而使MgB_2的合成迅速完成.通过将不同镍含量(0、2、5和7%)在750℃烧结实验发现,烧结试样的致密性随镍含量的增加而升高,这是Mg-Ni共晶液相辅助烧结的结果.而超导转变温度测试进一步证明MgNi2.5B2的存在对超导电性的影响很小,因此,金属镍是一种促进Mg-B反应十分有效的掺杂元素.     

水平圆柱相变单元蓄放热动态特性研究

通过实验和数值方法研究了水平圆柱蓄热单元蓄、放热过程中换热特性的共性和差异,分析了壁面温度在高于/低于相变温度10 K的间隙性周期热边界条件下,蓄放热单元的热动态特性。结果表明,在相变起始阶段,蓄、放热过程主要以导热换热方式为主;随着蓄放热过程的进行,蓄热过程的换热方式转变为以自然对流主导,放热过程则仍以导热主导。在本文所研究的等温差等时长的间歇交替蓄-放热循环中,由于蓄热融化速率大于放热凝固速率,会出现由不稳定状态发展到周期稳定状态的演变过程;在周期稳定工况下,蓄放热单元会在完全液相到液固两相共存间交替变化。     

微细通道内蒸发薄液膜区壁面滑移及微流动特性

基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论研究微通道中蒸发薄液膜区固液界面附近流动和传热特性,考虑压力特征、壁面滑移和温度跳跃建立物理模型.利用边界层近似,提出一种计算固液界面吸附微液层热阻的方法,导得固液界面的热阻和温度.数值模拟结果表明,壁面微流动会降低毛细压力梯度,增加壁面热阻,降低液相过热度,恶化液膜铺展和传热性能,在薄液膜区不可忽略.阐明壁面微流动含义,指出滑移系数与吸附流动微液层厚度的关系.     

晶体相场法研究预变形对熔点附近六角相/正方相相变的影响

应用双模晶体相场模型计算二维相图,并模拟了在熔点附近预变形和保温温度对六角相晶界演化以及六角相/正方相相变的影响.研究发现:在相变初期,当预变形为零、保温温度离熔点很近时在晶界发生缺陷诱发预熔;增大预变形,变形与缺陷的交互作用在熔点附近诱发预熔;随着预变形的进一步增大,变形在畸变处同时诱发液相和正方相,且预变形越大、保温温度越接近熔点,液相生长越明显,反之正方相生长明显.持续保温使得畸变能释放,晶粒最终完全转变为平衡正方相.模拟结果表明:预变形六角相在熔点附近保温时,由于晶界固有缺陷和预变形双重作用使得原子无序度增加,从而在晶界或其他缺陷处产生液相,待能量释放后晶粒再转变成平衡正方相,进而延缓了六角相/正方相相变时间.     

差压波动对孔板气液两相流测量的影响

差压波动是气液两相流动的固有物理现象,应用该波动可以测量干度和气液总流量。为了研究差压波动对孔板气液两相流测量的影响,本文在压力0.7~1.0 MPa,气相流量200~400 kg/h,干度0.4~1范围内测量了不同流动工况下的差压波动过程。实验结果表明差压平均值和差压标准差可以反映两相流流动参数的变化,但差压标准差重复性较差;实验范围内差压标准差的重复性变化范围为士0.3%~士18.5%;对于低含液率两相流(LNF0.3%),差压平均值的波动会"掩盖"液相流量变化造成的差压值变化;误差传递会导致总流量的预测误差大于干度的预测误差;对于高干度两相流(x0.5),误差传递会导致液相流量预测误差被放大。     

脉冲激光烧蚀块状靶材的双动态界面研究

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并与已有的理论和实验结果进行比较.最后以铝靶为例计算模拟了激光烧蚀的全过程计算. 关键词： 脉冲激光 等离子体 固液相界面 烧蚀面     

液相及固/液混合相区金属物态方程Grover模型存在的问题及修正

借助无序熵的概念, 直接推导出了液相金属的物态方程. 再利用固/液混合相区的熔化分数与其中固相、液相比体积之间的一般性关系, 替代了传统Grover模型中采用的熔化分数与温度成正比的近似条件, 得出更准确的固/液混合相区状态方程的表述形式. 修正后的物态方程解决了传统Grover模型中的固线、液线以及熔化线在P-T图上不一致的问题, 得到了更为符合物理事实的结果.     

固液双相电流变系统流动过程的相转变特性

考虑电流变液多粒子近程相互作用，利用等效平板电导模型，研究了电流变液流动过程相转变点的特性，并设计实验观察了电流变液中的这种相转变现象.研究结果表明，电流变液在一定压力梯度作用下发生流动，此时为双相流；当外加电场达到某一值时，电流变液中颗粒不流动，由固液双相流转变为液体单相流动，发生场控相转变，理论模拟结果与实验观察结果基本相符.阈值电场随外加压力梯度的增加而加大，随颗粒浓度的增加而减小. 关键词： 电流变液 颗粒流 相转变     

R134a/R245fa非共沸混合工质流动沸腾液膜蒸发特性研究

本文针对水平矩形通道内非共沸混合工质的流动沸腾分层流状态,同时考虑靠近其气液界面处气相与液相浓度边界层的存在,对液相浓度边界层的传质系数进行了修正,构建了对应的流动沸腾液膜蒸发模型,以R134a/R245fa混合工质为研究对象,探讨了不同入口组分质量、质量流速及热流密度等条件下液膜蒸发过程的热质传递规律,以气液相浓度边界层内的组分质量差作为气液相传质阻力的表征,界面温度和主流饱和温度之差为传热阻力的表征,深入分析了传热阻力、传质阻力与混合工质传热特性之间的内在联系.