水平管油水分散流液滴粒径及其分布规律研究

油水两相分散流是油水混输管道常见的流型之一,液滴是油水分散流的主要特征,液滴在油水两相管路中受到湍流惯性力、剪切力、界面张力、黏性力等多种力的作用而发生聚结和破裂,从而形成不同的液滴粒径及其分布。本研究采用高速摄像和显微照相两种方法研究了水平管中油水分散流的液滴粒径随混合流量、温度和含油率等参数的变化规律,并利用三种概率分布函数研究了液滴粒径的分布特性。研究结果表明:分散相液滴的Sauter平均直径随混合流量的增加而逐渐减小、随温度升高而逐渐增大、随含油率的增大而增大;液滴粒径的分布规律与Log-Normal和Frechet概率分布函数符合较好。     

快速减压条件下液滴热动力学行为的实验研究

实验研究了快速降压过程中悬挂单水滴闪蒸/冻结过程,得到了典型条件下液滴闪蒸/冻结过程的热动力学特征,并基于实验观测结果,探讨了不凝气体对液滴闪蒸/冻结热动力学过程的影响。实验发现,起始冻结时的液滴过冷度近似为常数,而再辉温度对应于终态蒸汽分压所确定的气固相变平衡温度。这些结果有助于正确预言高真空环境中的液滴闪蒸/冻结特征。     

液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟

对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进, 改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核近似式和粒子近似式进行了修正, 采用Riemann 算法求解光滑粒子动力学流体控制方程, 添加了表面张力的计算程序, 考虑了表面张力对液滴溅落的影响. 应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴静止状态下冲击液面的飞溅过程进行了数值模拟. 计算结果表明, 改进的光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴溅落液面的动力学特性和自由表面变化特征, 能够得到稳定精度的结果.     

晶体相场法模拟异质外延过程中界面形态演化与晶向倾侧

采用晶体相场模型研究了异质外延过程中失配应变与应力弛豫对外延层界面形态演化的影响, 并对由衬底倾角引起的外延层晶向倾侧进行了分析.研究结果表明: 在有一定倾角的衬底晶体上进行外延生长时,若衬底和外延层之间失配度较大 (ε>0.08),外延层中弹性畸变能会以失配位错的形式释放, 最终薄膜以稳定的流动台阶形式生长且外延层的晶向倾角与衬底倾角呈近似线性关系. 而当衬底和外延层之间失配度较小(ε<0.04)不足以形成失配位错时, 外延层中弹性畸变能会以表面能的形式释放,最终使薄膜以岛状形态生长. 在高过冷度条件下,衬底倾角和失配度较大时,衬底和外延层之间会形成由大量位错规则排列而成的小角度晶界从而显著改变外延层的生长位向.     

点缺陷对硼掺杂直拉硅单晶p/p~+外延片中铜沉淀的影响

系统研究了点缺陷对晶体硅中氧沉淀生成的影响,及点缺陷和氧沉淀对重掺硼直拉硅单晶p/p⁺外延片中铜沉淀的影响.样品先在不同的气氛下进行1250℃/60 s快速热处理,随后在750℃/8 h+1050℃/16 h常规热处理过程中引入铜沾污.通过腐蚀结合光学显微镜研究发现,以O₂作为保护气氛时,p⁺衬底中的沉淀密度较小,以Ar和N₂作为保护气氛时,重掺硼p⁺衬底中生成了高密度的沉淀,且在上述所有样品的外延层中均无缺陷生成.研究认为,以O₂作为保护气时引入的自间隙硅原子（Si_I）可以抑制沉淀的形成,而以Ar和N₂作为保护气氛时引入的空位则会促进沉淀的生成,这是导致此差异的主要原因.另外,研究还发现,p/p⁺外延结构能很好地吸除硅片中的铜杂质,从而保持了外延层的洁净.     

液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究

利用高速摄影仪记录了不同液滴撞击固体表面的形态变化过程, 并探讨了液滴撞击参数对撞击过程液滴形态的影响. 结果表明: 液滴黏度对液滴铺展过程起着决定性作用, 液滴表面张力对液滴铺展后的回缩起到主导作用, 两者的共同作用决定着液滴的震荡特性; 撞击速度的提高会增大液滴的最大铺展因子, 但达到最大铺展的时间因表面张力的不同呈现不同变化规律.     

MOCVD外延生长AlGaAs组份的在线监测

利用反射各向异性谱( RAS)和反射谱在线监测了AlxGa1-xAs样品的金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)外延生长过程.通过在线监测得到的RAS和反射谱可以敏感地反映出AlxGa1-xAs外延层组份发生的变化,从而优化外延生长工艺.实验表明,反射谱中的振荡周期可以在线计算组份和生长速率,利用反射谱中的振荡的第一个最...     

表面物理与表面物理国家重点实验室

 日常生活中人们无时无刻不在与表面打交道,人类对物质的认识也总是从表面开始才能够逐渐深入的。我们生活在地球表面,在板块运动以及空气和水的侵蚀作用下,地表形成复杂的山川河流,由此我们欣赏到迷人的自然风光。在较小的尺度下,各种植物的枝叶、果实在表面应力作用下呈现不同的形状,为我们识别、利用丰富的自然资源提供了特征依据。人们甚至通过对材料表面进行修饰,从而实现对其功能的设计和调控,比如在钢铁表面电镀惰性金属,可以大大提高钢铁结构的抗腐蚀能力和美观性;而通过对镜头表面镀膜厚度的控制,能够实现滤光或增透的目的。在肉眼不能直接观察的微观尺度上,表面上发生的众多物理、化学现象和过程,也在我们的生产生活中扮演着重要的角色,比如金属纳米颗粒对一些重要化学反应的催化作用,半导体界面对电子传输的调制作用等。正是表面科学帮助人们理解这些行为产生的微观机理,并帮助人们探索控制、优化材料相应功能的方法,从而推动人类文明社会的发展。     

水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热系数

本文在均质表面的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面的液滴分布和凝结换热特性,得到了一维水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式。在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响。结果表明:随着过冷度的增加和凝结工质汽化潜热的增大和表面张力的减小和接触角梯度的增大,平均表面凝结换热系数会增大。