磁场对二元合金凝固过程中糊状层稳定性的影响

利用线性稳定性方法研究了外加磁场对二元合金凝固过程中糊状层稳定性的影响,且模型同时考虑了温度场、浓度场和流动的耦合作用.利用计算得出的色散关系式分析了磁场对糊状层稳定性的影响,其中包括直接模式和振荡模式.给出了不同情况下外加磁场对糊状层稳定性的影响,发现磁洛伦兹力可以减小由浮力引起的失稳效应.振荡模式下外加磁场对糊状层产生稳定作用,但直接模式下外加磁场对糊状层的稳定作用具有不确定性.本文所给出结果为工业中利用外加磁场改善产品的质量提供了重要的理论参考.     

磁场作用下气液两相混合流动的数值研究

本文采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)捕捉气–液态金属两相的交界面,数值研究了有、无外加磁场作用时不同工质对的气–液态金属两相流体在多入口磁流体发电通道中的混合流动过程。结果表明,气–液两相流体在通道中形成了具有周期性变化的两相流型。液态金属密度与气体密度的比值h较大时,分层流中液态金属速度的变化范围较大,但流动较稳定;h较小时,液态金属的界面容易断裂而形成柱状流,使气–液两相流体的接触面积减小,降低了气体对液态金属的携带能力。在磁场的作用下,洛伦兹力抑制了液态金属的流动,削弱了气体对液态金属的携带能力,使三维时空流型的变化周期缩短。     

磁场对球头阴极二极管特性的影响

 采用全电磁PIC粒子模拟方法研究了磁场对球头阴极二极管物理特性的影响。结果表明外加磁场主要是通过对二极管束流轨迹的改变来影响二极管的物理特性。由于外加磁场将约束其产生电子束的发散，结果使其空间电荷限制电流减小，其值在无外加磁场并且自磁场可以忽略时的空间电荷限制电流值的0.5~1倍范围内。当外加磁场足够强时，束流轨迹主要受外加磁场控制，二极管产生的电子束既不箍缩也不发散。强外加磁场条件下的空间电荷限制电流近似为无外加磁场时的一半；在无外加磁场条件下，在阳极处的束流半径随二极管电压电流的增大而减小，空间电荷限制电流增强因子随束流半径的减小而减小，随二极管电压电流增大而减小。这一系列结果是在二极管电流小于其自箍缩临界电流条件下得到的。     

浓度相关的扩散系数对定向凝固枝晶生长的影响

采用定量相场模型模拟了定向凝固过程中浓度相关的扩散系数对枝晶生长的影响.模型中,通过在液相溶质扩散方程中耦合浓度相关的扩散系数实现了浓度依赖的扩散过程.一系列模拟结果证实了浓度相关的扩散过程对枝晶定向生长具有显著的影响.结果表明:溶质扩散系数对溶质浓度耦合强度的增加会增强枝晶间的溶质扩散对尖端排出的溶质原子横向扩散的抑制作用,造成枝晶尖端固-液界面处的溶质富集程度增加,从而增加尖端过冷度;液相中扩散系数的改变对枝晶的尖端半径影响较小,模拟结果与理论模型计算结果较好吻合;液相中溶质扩散系数对溶质浓度依赖性的增加会使侧向分枝的振幅逐渐减小;在对枝晶列的研究中发现,与溶质浓度相关的扩散系数会增加枝晶列的一次间距,降低稳态枝晶的尖端位置.因此,在浓质分配系数严重偏离1的体系中,对现有模型的定量实验检验应考虑浓度相关的扩散对尖端过冷度的影响.     

介孔内太阳盐凝固特性的尺度效应和结构效应分析

采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对太阳盐凝固特性的影响.使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型,模型通过Lammps进行模拟计算,总结凝固点、过冷度、相变潜热随尺度和结构的变化规律,利用径向分布函数、势能-温度曲线、吉布斯自由能等表征参量对介孔内太阳盐凝固特性的微观机理进行分析.结果表明,太阳盐的凝固点随着纳米孔尺度的增大先增大后减小最终趋于稳定,相同尺度下纳米线结构的凝固点高于纳米颗粒的凝固点.太阳盐的过冷度整体呈现随介孔尺度增大而减小的规律,但有反常增加现象.两种不同结构下,太阳盐凝固焓随着尺度增大均逐渐增大,且纳米线结构较纳米粒子结构在相同尺度下提高了30%—37%.     

磁流体粘度的实验研究

采用毛细法粘度计测量了水基Fe磁流体的粘度,分析了磁性粒子份额、表面活性剂含量以及外加磁场强度和方向对粘度的影响。实验结果表明,磁流体粘度随着磁性粒子和表面活性剂浓度的增加而增加;随着外加磁场强度的增大而增大,对于相同的磁流体,在外加磁场方向垂直于流动方向时的粘度大于外加磁场方向平行于流动方向时的粘度;表面活性剂含量的增大将减弱外加磁场对磁流体粘度的影响。     

高温高压下液态铁的状态方程

基于高温高压下面心立方(FCC)铁的状态方程和熔化温度实验数据,建立了热力学模型计算FCC铁、固-液混合相、液态铁在高温高压下的状态方程.在相同密度和温度下,计算的FCC铁、固-液混合铁、液态铁的压强与实验测量结果较为一致,且计算结果与实验结果平均偏差分别为-1.61 GPa、1.05 GPa、-0.05 GPa.在0～100 GPa压强范围内,当铁完全发生熔化时,随着压强的增大其密度变化由-7.5%下降至2.7%.     

外磁场作用下磁流体的对流换热特性

实验研究了外加磁场作用下水基磁流体的对流换热特性,分别测量了均匀磁场和梯度磁场条件下磁流体横掠加热细丝的对流换热系数,分析了外加磁场强度和方向对磁流体传热性能的影响.实验结果表明,外加磁场是影响磁流体对流换热的一个重要因素,应用外加磁场可以控制磁流体对流换热过程.     

磁场对液态铝和固态铁界面微观组织的影响

研究了直流磁场、交流磁场对液态铝和固态铁界面微观组织的影响，采用金相显微镜、电子探针和x射线衍射等方法对其扩散层内生成物进行了分析.结果表明，在直流磁场和交流磁场作用下，固态铁界面内形成的扩散层厚度均比无磁场时小；在交流磁场作用下，液态铝和固态铁的界面变得凹凸不平；在垂直于磁场方向上，直流磁场抑制了铝原子和铁原子之间的扩散，交流磁场则促进了扩散；无磁场时固态铁内扩散层中生成的金属间化合物由FeAl₃和Fe₂Al₅组成，直流磁场条件下只有Fe₂Al_{5生成，交流磁场作用下由Fe2Al5和Fe4Al13组成. 关键词： 磁场 铝 铁 金属间化合物 扩散}     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究 ,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点 ,原子间相互作用势采用F S多体势 ,结构分析采用键取向序和对分析技术 .计算结果表明 ,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响 ,在不同的冷却速度下 ,NiAl凝固过程出现了明显不同 ,冷速为 4× 10 13 和4× 10 12 K/s时 ,NiAl快速凝固为无序的非晶体结构 ;而在较慢的 8× 10 11K/s冷速下 ,NiAl凝固为晶态结构 .给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息 .     

永磁体外部磁场的不均匀性研究

从永磁体的分子电流观点、退磁场、工艺等出发, 以矩形永磁体为例, 从理论上分析了影响永磁体外部磁场不均匀性的各种因素.研究结果表明, 永磁体外部磁场宏观不均匀性(好场区均匀度和面积相对大小) 和空间距离及永磁体的外形设计密切相关. 退磁场对永磁体外部磁场微观不均匀性有着复杂影响. 永磁体工艺如粉末颗粒、取向度、烧结凝固、机械加工等将影响永磁体外部磁场的不均匀性, 如磁化偏角、对称性、光滑性等. 关键词： 永磁体 外部磁场 不均匀性 退磁场     

强磁场对Mn-Sb包晶合金相变及凝固组织的影响

以Mn-56.5 wt%Sb包晶合金为研究对象, 进行了不同磁场、不同冷速条件下的凝固实验. 通过对液相线温度、包晶温度的考察, 发现强磁场可以提高Mn-56.5 wt%Sb合金的液相线温度, 且该上升值随磁感应强度的增加而增加, 当所施加的磁感应强度为11.5 T时, 液相线温度升高大约3 ℃, 但施加磁场后包晶反应温度没有明显改变. 对该合金的凝固组织进行定量金相分析发现, 施加磁场后MnSb相明显减少, 该结果与磁场对相变温度的影响相一致. 另外通过X射线衍射分析发现, 强磁场诱发包晶反应生成相MnSb的c轴垂直于磁场方向取向, 而Mn₂Sb相的(311)面平行于磁场方向取向. 对不同冷速凝固的Mn-56.5 wt%Sb合金组织进行定量金相分析结果显示, 强磁场对合金凝固过程的作用效果受到冷却速度的影响. 随着冷却速度的增加, 强磁场对该合金凝固组织中MnSb相的相对含量变化影响效果减弱. 关键词： 强磁场 包晶合金 凝固 相变温度     

The magnetic hyperfine interaction of iron atoms isolated in a xenon matrix in the presence of an external magnetic field

The Mössbauer effect has been used to measure the magnetic hyperfine interaction of isolated ⁵⁷Fe atoms in solid xenon with an applied external magnetic field. A field dependent Mössbauer absorption spectrum is observed. The ground state of these iron atoms is a triplet, which is split in the external field. The Mössbauer spectrum was analyzed taking into consideration relaxation effects. For an applied external field of 28 kOe an internal magnetic field at the ⁵⁷Fe nucleus of 700± 15 kOe was observed (external field included).     

Manipulating Chladni Patterns of Ferromagnetic Materials by an External Magnetic Field

Ernst Chladni is called the father of acoustics for his work, which includes investigating patterns formed by vibrating plates. Understanding these patterns helps research involving standing waves and other harmonic behaviors, including studies of single electron orbits in atoms. Our experiment vibrates circular plates which result in well-known patterns. Alternatively to traditional experiments that used sand or salt, we use magnetic materials, namely iron filings and nickel powder. We then manipulate the patterns by applying a localized external magnetic field to one of the rings that moves a segment of the magnetic material in that ring to the next inner ring. The results show a significant decrease in magnetic field necessary to move the magnetic material at higher frequencies as well as a significant decrease in the magnetic field required to move the magnetic material as nickel powder is substituted for iron filings while keeping the mass constant.     

The three-line magnetic hyperfine spectrum of57Fe

Longitudinal magnetization of a⁵⁷Co in iron metal foil source and an iron metal foil absorber in a uniform external magnetic field results in a simple three-line magnetic hyperfine absorption spectrum. Measurement of the spectral splitting as a function of applied magnetic field yields the⁵⁷Fe excited-and ground-state,g-factors.     

Surface and guided magnetic polaritons in a film with perpendicular uniaxial magnetic anisotropy

The dispersion relations of surface and guided polaritons in a ferromagnetic film are obtained for perpendicular magnetic anisotropy in the Voigt geometry. A new frequency window for guided modes is predicted for small external magnetic field. The frequency of surface-guided mode decreases at first as a function of intensity of the external magnetic field applied parallel to the film surface, then goes through a minimum and finally increases with the field intensity. The calculations are carried out for physical parameters now available in substituted iron garnet films.     

Effect of rotating magnetic field on microstructure formation of directionally solidified Sn–1.6Cd peritectic alloy

In order to investigate the effect of rotating magnetic field on the microstructure formation of peritectic alloys, directional solidification experiments of Sn–1.6Cd peritectic alloy have been conducted under different rotating magnetic field conditions. The directional solidification microstructure of Sn–1.6Cd peritectic alloy changes from banded structure to axisymmetric isolated banded structure to axisymmetric oscillatory tree-like banded structure and to single primary phase structure when the magnetic Taylor number of forced-melt flow generated by a rotating magnetic field increases from 0 to 91 to 364 and to 1456. The second and third banded structures are observed in a peritectic alloy for the first time. The results indicate that it is possible to control solidification microstructure and prepare a single primary phase structure by using a rotating magnetic field during directional solidification of peritectic alloys. The experiments show that the effect of forced-melt flow on solute distribution transforms from solute buildup to homogenization with an increase in the magnetic Taylor number. The formation mechanisms of those structures are also discussed.     

NMR Analysis of the Magnetic Structure and Hyperfine Interactions in a FeP Binary Helimagnetic

Physics of the Solid State - An NMR analysis of 31P nuclei in metallic iron phosphide FeP has been performed both in a zero field and by sweeping the external magnetic field at several fixed...     

强磁场作用下Cu熔体中富Fe颗粒的迁移与排列

凝固界面前沿颗粒间的相互作用决定了颗粒的运动轨迹、分布和材料的性能,控制熔体中颗粒的迁移可用于材料的净化和提纯.在Cu-30%Fe合金液固两相区施加不同的强磁场条件,富Fe颗粒的分布和排列不尽相同.当无强磁场作用时,富Fe颗粒较均匀地分布在Cu熔体中;随着施加稳恒强磁场磁感应强度的增加,富Fe颗粒向远离重力方向的试样上端迁移,样品底部几乎无富Fe颗粒;而施加向下的梯度磁场作用后,富Fe颗粒沿重力方向向下迁移.结合强磁场作用下颗粒的受力情况,分析了Fe颗粒的迁移行为.不同磁场条件和不同区域的颗粒直径统计分析表明,随磁感应强度增加,Fe颗粒聚合增加,但施加梯度强磁场后颗粒的团聚又逐渐减弱,对此从影响颗粒运动的Stokes和Marangoni凝并速度进行了讨论.从能量最低的角度解释了富Fe相沿平行磁场方向的取向排列.