考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.     

金刚石表面纳米尺度水分子的相变观测

水是自然界中最重要的物质之一,研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义.近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度.本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号,并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变.实验结果表明,基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为,为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段.     

固液相变过程最优控制数学定解分析及其算法

本文应用分布参数系统控制理论,采用变分法系统地分析,导出了二维固液相变传热过程最优控制问题的数学 定解条件,提出模型离散和数值求解方法,对共轭梯度最优控制算法进行适应性分析。     

描述混合物固液相变的两个近似模型

 提出了描述混合物固液相变的两个近似模型：混合相模型和等效物质模型。通过对304钢的计算和比较表明，由两个模型计算得到的结果与直接利用304钢的材料参数计算得到的结果相符合。     

方腔内电场强化固液相变传热

采用格子Boltzmann方法对方腔内介电相变材料的熔化过程进行数值模拟与分析,系统研究了电场力和浮升力耦合作用下固液相变传热过程的流体流动、电荷输运以及传热等基本特征,重点分析了电瑞利数T、斯蒂芬数Ste、离子迁移率M和普朗特数Pr等多个无量纲参数对固液相变传热过程的影响.研究表明,与浮升力驱动下的固液相变情况相比,...     

基于焓法的固-液相变格子Boltzmann模型

潜热储能系统中的相变材料固液相变问题是一个重要的多相流动问题.本文研究了在具有不同类型源项下的焓法格子Boltzmann相变模型在还原温度场分布上的特性.为了消除外力项对温度场的额外影响,本文对源项进行了修正,并通过求解单区域相变问题和自然对流相变问题,验证了由Chapman-Enskog展开得到的焓守恒方程中源项的影...     

接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟

本文利用分子动力学方法模拟了液体在固体表面的 接触角及液固界面热阻, 并探讨了二者之间的关系. 通过分别改变液固结合强度和固体的原子性质来分析接触角和界面热阻的关系及变化趋势. 模拟结果显示增强液固间相互作用时, 接触角减小的同时界面热阻也随之单调减小; 而改变固体原子间结合强度和原子质量时, 接触角几乎保持不变, 但界面热阻显著改变. 固体原子间结合强度和原子质量影响界面热阻的原因是其改变了固体的振动频率分布, 导致液固原子间的振动耦合程度发生变化. 本文的结果表明界面热阻不仅与由接触角所表征的液固结合强度有关, 还与液固原子间的振动耦合程度有关. 接触角与界面热阻间不存在单值的对应关系, 不能单一地将接触角作为液固界面热阻的评价标准. 关键词： 液固界面 接触角 界面热阻 分子动力学模拟     

模型二元有序合金固液界面结构的分子动力学研究

采用分子动力学方法,研究了模型二元有序合金体系的平衡界面结构和界面处原子的扩散行为.计算结果表明,该二元有序合金的固液界面属于光滑界面.由于固体中同时存在结构和化学有序,从而导致界面处的原子结构与单质以及异质固液界面的结构明显不同.在界面法向方向上,粒子数密度呈复杂的波动行为,并延伸到液体中约30 (A).对界面层的二维结构分析表明,固液转变层部分原子形成了二维固体团簇.从固体到液体,扩散系数从零逐渐增加到一个饱和值.在界面处附近,平行于界面方向的扩散系数明显比垂直于界面方向的大.     

高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

多元醇固—固相变机理的研究

多元醇在一定温度下发生固—固相变,大量文献都报道了它们的固—固相变焓、相变温度以及相图,并认为相变焓与氢键有关.本文以IR 光谱测试结果以及量热实验结果为基础,定量探讨了NPG(neopentylglycol),PG(pentaglycerino),PE(pentaerythritol)的固—固相变焓与氢键的关系,进一步解释了相变的机理:NPG,PG,PE分子在发生固—固相变前,—OH形成分子间氢键,分子具有层状结构.相变后,NPG,PG,PE分子沿着层面移动,移动过程中部分氢键断裂,分子发生相变时所吸收 关键词： 固—固相变 相变焓 氢键 红外光谱     

以q空间法研究水分子在水晶体中之扩散及其结构

在核磁共振中的脉冲梯度自旋回响法(pulsed gradient spin echo,PGSE)常用来测量溶液中分子或离子的扩散现象,近年来利用PGSE q空间法对多孔隙物质的系统扩散研究。观察到类似绕射效应,在此工作中我们尝试以q空间法直接观察眼球水晶体中的纤维细胞组织和水分子扩散间的关系,实验结果显示,从类似绕射纹图可了解纤维细胞蜂巢式排列结构。     

多元醇二元体系固-固相变机理的研究

多元醇在一定温度下发生固-固相变,大量文献都报道了它们的固-固相变焓、相变温度以及相图.本文以红外光谱测试结果以及量热实验结果为基础,探讨了新戊二醇/季戊四醇二元体系的固-固相变焓与氢键的关系:二元体系中部分分子间氢键变弱,变弱的氢键更易于断裂;温度上升到一定值,新戊二醇在季戊四醇中的相向塑性晶体相相变时保留下来的氢键断裂,形成二元体系的量热曲线的第二个吸收峰;高新戊二醇浓度的二元体系,可能保留下来的氢键数量少,第二个吸收峰对应的焓值小,但保留的氢键受新戊二醇影响更大,第二个吸收峰对应的温度更低.     

Cu固液界面能的分子动力学计算

本文使用分子动力学方法对液相Cu中不同半径晶胚的生长和熔化行为进行了研究. 随着半径的增加, 晶胚生长的临界温度升高. 临界形核过冷度和晶胚半径倒数成正比关系, 这和经典形核理论一致. 由上述关系计算得到Cu的Gibbs-Thomson系数为1.12×10^-7 K·m, Cu的固液界面能为0.146 J/m², Cu的Turnbull系数为0.416, 这些计算值均与实验值一致. 关键词： 分子动力学 经典形核理论 固液界面能     

冲击加载过程中苯的液—固相转变

利用一级轻气炮加载技术和最近发展的一种透光性测量技术,在线观测到液态苯在多次冲击压缩过程中透光性随时间变化特征.分析表明,导致透光性下降的原因是局部发生液—固相变而引起的光散射效应,且散射特征反映了相变过程的时间弛豫和空间积累特性.结果澄清了苯在冲击条件下液—固相变是否发生的争论,对冲击相变动力学研究提供了重要实验依据. 关键词： 苯 多次冲击压缩 液—固相变 透光性     

Mg-Al合金熔体中固液界面结构的分子动力学研究

本文采用分子动力学研究了Mg-3%Al合金熔体中固液界面结构及界面附近原子的扩散行为.计算结果表明,该二元合金的固液界面为粗糙界面.垂直于界面方向的数密度分布,表现出复杂波动的特征,这种波动一直延伸到液体中.在界面附近的区域,扩散系数的三个不同方向的分量表现出了明显的各向异性,并且这种各向异性一直持续到液相当中.对界面二维结构的分析表明,界面附近液相原子的二维排列呈现出从长程有序逐渐过渡到短程有序的变化.     

飞秒强激光场中水分子的电离激发

本文运用含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法, 研究了水分子在不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 计算结果表明, 对应相同的极化方向, 随着激光强度的增加, 水分子的电离增强; 对于相同强度的激光, 当激光极化方向沿水分子对称轴方向时, 水分子的电离最强, 当激光极化方向垂直水分子对称轴方向时, 水分子电离受到最大程度的抑制. 对水分子偶极矩的研究表明, 当分子处于线性响应区域时, x方向的激光只能激发起x方向的偶极振动而y方向的激光只能激发起y方向的偶极振动. 对水分子的键长和键角的研究表明, 在激光场中水分子的键长变长, 键角变大, 但变化幅度随着激光极化角的增大而减小. 此外, 研究还发现, 虽然在不同极化方向的激光脉冲的驱动下, 水分子OH键的振动频率与激光频率相当, 在脉冲关闭后, 振动频率减小, 但激光场的极化方向对水分子振动模式具有选择性. 关键词： 含时密度泛函理论 分子动力学 水分子 电离     

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。     

超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

静电场模拟实验中一个不容忽视的误差

模拟法测绘静电场是教学大纲中规定的必做实验,实验中的许多问题已有不少文章作过讨论,但探针与导电纸之间的接触电阻在实验中引起的误差,却没有见文章加以研究。事实上这个误差是不容忽视的。我们使用的是清华大学教学仪器厂出产的双层式静电场描绘仪,模拟同轴电缆线中的静电场时,实验装置如图1。同心圆环的内外半径分别为α=1.00厘米,b=5.00厘米。设探针与导电纸的接触电阻为R,导电纸上半径为r的等势线内外两侧的电阻为R_2和R_1,则有如图2的等效电路图。可列如下方程: