背景气体对金属原子二维平面蒸发过程的影响

在原子蒸气法激光分离同位素中,金属原子蒸气宏观物理性质的空间分布会直接影响到分离过程的电离率和原料利用率.本文从分离过程的实际需求出发,建立了双组分气体的Bhatnagar-Gross-Krook模型方程组,并利用数值计算方法对方程进行求解,研究了背景气体对二维平面蒸发过程中原子蒸气宏观物理性质和蒸发速率的影响.研究结果表明:随着背景气体密度的增加,远离蒸发源位置处的金属原子蒸气密度增大,速度减小,温度升高,而近蒸发源位置处原子蒸气的性质则几乎不受影响,因而蒸发速率基本上不随背景气体密度发生变化.另外,随着尾料板温度的升高和对原子蒸气吸收率的增加,金属原子蒸气宏观物理性质受背景气体的影响逐渐下降.理论计算的结果对于分离装置的真空设计和光斑分布设计有较为重要的参考意义.     

冷热坩埚中电子枪加热金属熔池的数值分析

利用NavierStokes方程在一定的边界条件下求解了电子枪加热长槽形冷、热坩埚中的二维熔池流场,获得了熔池流场的速度和温度分布,并且详细地对比研究了冷、热坩埚中金属熔池的蒸发量与电子枪功率、束宽以及坩埚尺寸的关系.电子枪功率越高、束宽越小(除非小于05mm)、坩埚尺寸越大,则蒸发量越大,电子枪能量的有效利用率也越高.当电子枪束宽较大时,热坩埚的蒸发量较大,而当束宽较小时,冷坩埚的蒸发量较大.计算中对铁、铜、钆和铝等金属熔池进行了数值分析,获得了相似的结果. 关键词： NavierStokes方程 热毛细流 浮力流 金属熔池     

电子束激发原子对金属蒸发的影响

在原子蒸气激光同位素分离工程(AVLIS)中,金属受电子束的加热而熔化,并向真空蒸发,蒸气原子通过电子束的过程中,可能与电子发生非弹性碰撞,被激发到高能级.在膨胀的过程中,高能级的原子通过与原子的非弹性碰撞消激发,将原子内的电子能量转换为蒸气的平动能.为了分析电子束与原子作用对蒸气的密度、速度和温度等物理特性的影响,采样直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)模拟钆原子蒸发过程.模拟结果表明,电子束与原子的作用使得原子蒸气的速度增加,密度减小,温度升高 关键词： 金属蒸发 AVLIS DSMC 电子枪     

部分充液贮箱自由液面塌陷的数值研究

本文利用基于有限体积法的VOF方法模拟部分充液贮箱中液体的输送过程,根据数值计算结果可以获得出流过程中贮箱自由液面塌陷夹气时的液面高度和液面塌陷的过程,将数值计算结果和试验结果进行了比较,验证了该方法的有效性。通过对计算结果进行分析,本文获得了液面塌陷时流场特征和塌陷原理,为防塌陷装置的设计提供指导。     

蒸发液面热对流与温度不连续现象的实验研究

实验研究了存在蒸发界面的水平液层中的热毛细对流对汽/液界面处温度不连续的影响.对于单纯的热毛细对流从理论和实验已有深入研究,但目前国际对蒸发与热毛细对流的耦合尚缺乏研究.特别是近期C.A.Ward等人研究发现了蒸发汽液界面处的温度不连续现象.本文以存在蒸发界面的水平薄液层为研究对象,测量了蒸发界面处的温度分布,研究了普...     

基于唯象理论的蒸发速率的分析与启示

改变以往以实验为主的研究思路,尝试从唯象理论角度对蒸发速率分析与定量计算.在无风条件下导出了蒸发速率的基本公式,分析结果显示最主要的影响因素是温度与湿度,且蒸发速率在温度一定时与湿度存在线性关系.与道尔顿蒸发模型的比较,得到了道尔顿模型参数的物理含义.在非线性区和引入风速两种情况下,计算出无风条件下蒸发唯象系数的具体表达式.非线性模型结果与实验结果较好吻合;风速模型与实验数据经比较后也显示一定的合理性.     

液氢贮箱零蒸发数值模拟与分析

采用CFD技术,对处于微重力下的零蒸发(ZBO)液氢贮箱内采用喷嘴棒强迫混合的流场进行稳态数值模拟,建立了二维轴对称模型,预测了在不同几何参数下贮箱内温度场及速度场分布情况。研究表明,喷嘴棒伸入贮箱长度、入口直径等因素均会对系统内温度场产生影响。贮箱内平均温度和最大温度随喷嘴棒长度和入口直径的增大而减小,而喷口直径对贮箱内温度场影响不明显。由上述可以看出,通过增大入口直径、选择合适的喷嘴棒伸入长度,可以改善系统性能。     

振动诱导液滴与液面不融合现象的研究

发现硅油液滴能够停留在竖直振动的硅油液面上,通过等厚干涉实验说明液滴和液面间存在空气薄膜,分析空气膜形状的变化过程,并依此建立简化模型论述空气膜阻止液滴与液面融合的原理.实验构造了浸没在硅油液面下的硅油液滴,建立理论模型估算空气膜的平均厚度,并与实验估测值对比.本文对多个液滴在液面上呼吸模式的振动现象作了描述和解释.     

二甲基醚液滴超临界蒸发的数值模拟

建立了二甲基醚(DME)在N2介质中超临界蒸发的数学模型.采用状态方程法计算了DME-N2体系的高压气液相平衡,在相关文献的基础上得出一套流体热物性和输运参数的计算方法.完成了DME超临界蒸发过程的数值模拟.从数值模拟的结果讨论了超临界条件下环境压力、环境温度和液滴运动等因素对液滴升温、滴径变化以及生存时间的影响.     

纳秒激光烧蚀下液态金属表面微结构的形成

首次发现了在不同保护气体及多脉冲uV—IR激光的照射下,液态金属的微型突起和微结构的形成。测量表明,针对不同的金属和保护气,这种结构的单脉冲生成速率可达（5—20）μm／pulse,形成了长度为1～2mm,直径约为焦点两倍的单个微型突起。最后,介绍了控制微结构形状的可能性,并讨论了它们的应用潜力。     

纳秒激光烧蚀下液态金属表面微结构的形成(英文)

首次发现了在不同保护气体及多脉冲UV-IR激光的照射下,液态金属的微型突起和微结构的形成。测量表明,针对不同的金属和保护气,这种结构的单脉冲生成速率可达(5～20)μm/pulse,形成了长度为1～2 mm,直径约为焦点两倍的单个微型突起。最后,介绍了控制微结构形状的可能性,并讨论了它们的应用潜力。     

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基于感应电磁场方程发展了低磁雷诺数条件下充分发展液态金属管道流的数值模拟程序。为了校正程序,分别计算了两种工况：液态金属在全绝缘管道和部分绝缘管道中的流动,数值结果与Hunt和Shercliff的解析解吻合的很好,表明该程序具有很高的精度。最后利用发展的程序对液态金属钠钾合金在管壁材料为304不锈钢的全导电管道中的流动进行了数值模拟,并对流速分布和MHD压降结果与实验结果进行了比较,结果表明数值与实验结果吻合较好。     

液态金属自由表面膜流MHD效应的数值模拟

对液态金属自由表面膜流在强磁场下的磁流体力学效应进行了数值模拟研究,获得了液态金属自由表面的形状、截面流速分布及截面上的电动势分布,从而能对膜流的一些磁流体动力学行为作出解释。数值计算结果与理论分析和实验结果符合较好。由实验和数值模拟结果可以得出,液态金属膜流通过强磁场时,磁场会阻碍膜流的运动。     

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分析了磁流体力学效应对液态金属自由表面射流稳定性的影响。从射流的感应电势、电流、速度等方面,解释射流在磁场中稳定的原因。数值计算结果验证了理论分析。     

金属面曝光选区激光熔化原理装置及试验研究

与点扫描方式相比,面曝光选区激光熔化因具有成形效率高、残余应力水平低等优势,而成为极具发展前景的新一代选区激光熔化增材制造技术的发展方向。利用波长为915 nm的二极管连续激光器作为光源,结合电寻址反射式纯相位液晶空间光调制器,搭建了新一代面曝光选区激光熔化增材制造原理装置平台。获得了“○”形样式的面光斑曝光,基于光敏纸和低熔点金属粉末材料进行面曝光熔化成形并获得了样品,实现了面曝光选区激光熔化的原理性实验验证。     

电子枪加热合金熔池的数值分析

利用数值方法求解了电子枪加热二维合金熔池的流体力学方程组，获得了熔池流场的速度、温度和浓度分布.并且详细地研究了各种特征参量（如雷诺数、普朗特数、格拉晓夫数和李斯特数）对合金熔池流动特性的影响，一般地，雷诺数和普朗特数越小、而格拉晓夫数和李斯特数越大，则熔池中溶剂金属的蒸发速率就越大.在此基础上提出参杂适当浓度的溶质金属可以提高某些难熔难挥发金属的蒸发速率，计算中对参杂了钨、钕、锡和铬等金属的钍、铂、铱和钌等合金熔池进行了数值分析，都相应提高了溶剂金属的蒸发速率. 关键词： 液态合金 毛细流 浮力流 熔池     

应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学