超临界二氧化碳类液-类气区边界线数值分析

超临界二氧化碳(S-CO₂)因在萃取、沉淀、热力循环及化学反应等方面有着十分广阔的应用前景,逐渐成为学术界的重要研究课题.由于在近临界区,可以观察到随温度或压力变化出现大量的物性异变现象,使得各国学者对流体临界点附近区域的研究产生了浓厚兴趣.随着分子动力学模拟技术的快速发展,该技术可辅助传统实验方法用于研究近临界流体的相关物性.为确定S-CO₂在近临界区Widom线范围及类液-类气区的分子结构特征,本文通过分子动力学模拟技术结合聚类分析,研究了温度和压力范围分别在300—350 K和5.5—18.5 MPa下,CO₂密度时间序列变异系数及偏度同Widom线和类液-类气区间的关系.结果表明:S-CO₂在近临界区Widom线的确定可通过连接密度时间序列曲线变异系数极大值点来确定,Widom线沿着临界点开始延伸直到350 K时停止;S-CO₂类液区和类气区的分子分布结构可以用数密度分布的偏度来区分,偏度在类气态时为正值,在类液态时为负值,而在Widom线上达到最大值.     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学     

水平管内超临界二氧化碳非均匀冷却对流传热特性研究

针对超临界CO₂空冷换热器中存在的非均匀传热问题,本文利用数值模拟计算了水平空冷翅片管中管壁热流分布规律及超临界CO₂在非均匀冷却时的换热特性,同时分析了非均匀冷却工况下不均匀度、质量流量和浮升力等因素对换热规律的影响。结果表明：翅片管热流密度沿周向管壁位置呈现显著的不均匀分布,且不均匀度随风速增大而增大;超临界CO₂非均匀冷却的平均换热系数在远离准临界点时高于均匀冷却,靠近准临界点时低于均匀冷却;非均匀冷却与均匀冷却的差异随不均匀度、质量流量增大而增大。CO₂在准临界点处的非线性物性变化与浮升力作用是造成两者差异的主要原因。     

基于PC-SAFT的CO2混合工质相平衡计算

统计缔合流体理论(PC-SAFT)能够应用于CO₂动力循环中CO₂混合工质物性的预测。PC-SAFT状态方程在计算CO₂混合工质气液相平衡时,其收敛性较差。本文介绍一种利用基于基团贡献法的蒸气压估算方法为PC-SAFT状态方程提供初值,从基团角度来预测CO₂混合工质气液平衡的方法。该方法在很多情况下的准确度高于Refprop 9.0计算结果,尤其在较高的CO₂比例下。对于温度滑移较大的CO₂混合工质计算中,该方法不会计算出Refprop 9.0中不平滑的尖点,避免了在一些情况下出现反常的计算结果,是一种稳定可靠的计算方法。     

三分子反应模型涨落的临界行为

本文讨论了三分子反应模型在1+k₃A²<[1+A((k₃D₁)/D₂)^1/2]²情况下的临界行为。由于在临界点附近不稳定模式是空间均匀的,因此可由总粒子数满足的生-灭方程来讨论。我们引入了涨落波的幅度作为描述涨落分布突变的参数。在利用重整化方法迴避了定态解在临界点上涨落发散所引起的困难后,得到了描述平均密度及涨落分布临界行为的广义Landau-Ginzburg方程。解析及数值分析表明,当B增大越过临界点B_m,平均密度达到周期变化的稳态,这和反应扩散方程结果是一致的,涨落二阶矩一般也达到一周期稳态,振幅很大而且主要由平均密度振动的幅度所决定。因此从涨落分布的突变来看,B_m并不与典型的二类相变类似。 关键词：     

类花状ZnO-CoFe2 O4 复合纳米管束的制备及其电磁波吸收特性

在90 ℃水溶液中采用两步晶体生长法制备出类花状ZnO-CoFe₂O₄复合纳米管束.ZnO纳米管束的管壁厚度大约为60 nm,管的直径大约为350 nm,CoFe₂O₄纳米颗粒连续包覆在ZnO纳米管束的表面,CoFe₂O₄纳米颗粒尺寸小于40 nm, 壳层厚度随着CoFe₂O₄在ZnO-CoFe₂O_{4 关键词： 类花状 2}O₄')" href="#">ZnO-CoFe₂O₄ 纳米管束 微波吸收剂     

超临界流体传热综述

超临界流体是温度和压力均高于临界点的流体,在临界点附近物体的粘性、密度、比热以及其它一些性质变化非常剧烈,处于超临界状态时物质的气液两相性质非常接近,这种特殊的物性使得超临界流体在诸多领域有着非常广泛的应用。总结了以前国内外学者对于超临界流体传热的研究,主要集中于CO2和水的实验研究,由众多实验表明换热恶化容易发生在赝临界点附近、高热流密度、低质量流量和向上流动的情况下,换热系数的峰值也出现在赝临界点附近,并随压力和温度的变化会有所改变。还对提出的一系列关联式进行比较和分析。     

液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的微观结构演变与非晶形成机制

利用电磁悬浮无容器处理技术实现了液态五元Zr₅₇Cu₂₀Al₁₀Ni₈Ti₅合金的深过冷与快速凝固,同时通过分子动力学模拟计算揭示了非晶形成的微观机制.实验发现,凝固组织具有明显的核-壳结构特征,核区为非晶相,壳区主要由ZrCu, Zr₂Cu和Zr₈Cu₅晶体相组成.非晶体积分数随合金过冷度的升高逐渐增大,当达到实验最大过冷度300 K (0.26T_L)时,非晶体积分数增至81.3%.由此导出完全非晶凝固所需临界过冷度为334 K. TEM分析显示,过冷度增大并接近临界过冷度时,合金凝固组织中晶体相主要为Zr₈Cu₅相,而ZrCu和Zr₂Cu相的生长被抑制.在达到临界过冷度后,过冷液相的凝固路径由Zr₈Cu₅结晶生长转变为非晶凝固.此外,合金的晶体壳中存在少量的晶间非晶相,而非晶核中...     

基于向心透平效率预测的超临界二氧化碳循环的热力学分析

透平是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。通常,小流量的循环常采用向心透平。透平的效率和循环的设计参数密切相关。在关于S-CO₂循环的研究中,透平效率通常设置为定值。目前并没有关于采用透平效率预测对于S-CO₂循环,性能影响的研究。本篇文章提出了采用一维向心透平效率的S-CO₂循环再压缩循环模型。并在不同的循环参数下,对采用一维透平效率和固定透平效率的S-CO₂循环的热力学性能进行对比。结果显示当循环参数改变时,可以采用合适的固定透平效率。然而,当热源流量变化时,探究变工况情况下的透平效率相当重要。     

亚/超临界环境下气液界面性质的分子动力学模拟

采用OPLS-AA力场对正庚烷在亚/超临界环境下的气液界面性质进行分子动力学模拟。真空环境下,得到气液相密度、界面厚度及界面张力等性质随模拟分子数、截断半径及模拟温度的变化规律,并与实验值进行对比,验证了力场模型的合理性;在真空以及由氮气形成的亚/超临界环境下,给出流体由亚临界过渡到超临界状态时的温度分布情况,总结了气液界面性质随模拟环境的变化规律:随模拟环境由亚临界过渡到超临界,气、液相密度差及界面张力减小,界面厚度增大。在低超临界状态下,界面性质与亚临界状态尚无本质区别,仅当达到较高超临界状态时,流体才表现出明显的超临界特征。     

CARS diagnostics of molecular media under nanoporous confinement

The CARS spectroscopy is used for the diagnostics of carbon dioxide in a nanoporous glass at temperatures ranging from room temperature (20.5°C) to the subcritical temperature (30.5°C) in the pressure range below the saturated-vapor pressure. The contributions of the gas-phase molecules, the molecular layer adsorbed from the gas phase on the pore surface, the condensed liquid-like phase, and the liquid interface in the vicinity of the pore surface can be selected using the analysis of the nonlinear spectral response. The spectral behavior of the carbon dioxide confined in nanopores at the subcritical temperature indicates a state that is similar to the supercritical fluid. This corresponds to a low-temperature shift of the critical point of the medium confined in nanopores.     

The determination of the parameters of sub- and supercritical extraction of plant raw materials

The extraction of biologically active substances by carbon dioxide from various plant raw materials (amaranth seeds, Sophora japonica flower buds, Stephania rotunda stems, and Stevia rebaudiana leaves) was studied at sub- and supercritical parameters. A laboratory unit for the extraction of plant raw materials by liquefied gases and supercritical fluids at 5–35 MPa pressures and 285–350 K temperatures was developed. The maximum yield of the extracted substances from plants specified was obtained at temperature and pressure exceeding the critical parameters of CO₂ (320–330 K, 28–30 MPa).     

从常温常压到超临界乙醇的分子动力学模拟

采用分子动力学方法系统地研究了从常温常压到超临界状态乙醇的热力学性质、结构性质和动力学性质.模拟发现随着温度的升高,体系焓值增大,乙醇分子间的氢键作用减弱,自扩散系数增大;随着压强的增大,乙醇分子间的氢键作用增强,自扩散系数减小;乙醇自扩散系数在液相区随温度变化不明显,在气相区随压强增大很快减小,超临界区乙醇的自扩散系数比液相区大十几倍.温度和压强对乙醇自扩散系数的影响可通过密度来体现.与常温常压相比,超临界条件下的乙醇体系因密度涨落存在分子聚集现象,且在低密度区域更显著;乙醇分子间的氢键作用明显减弱,结     

Supercontinuum generation under filamentation driven by intense femtosecond pulses in supercritical xenon and carbon dioxide

It is found that supercritical fluids are a unique source of multioctave supercontinuum radiation, which is generated upon filamentation of an intense femtosecond laser pulse. If the laser pulse power significantly exceeds the critical power of self-focusing, then a supercontinuum with a width of three and a half spectral octaves (from 350 to 2000 nm) is generated in supercritical xenon. The red wing of supercontinuum generated in supercritical carbon dioxide has the form of a plateau in the range from 1400 to 1900 nm, while the blue wing of the spectrum is almost completely attenuated.     

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

二氧化碳超临界流体的管内对流换热研究

随着自然工质ＣＯ２研究的进一步发展，系统中气体冷却器的换热问题越来越受到人们的重视，这是因为高的换热效率是提高系统ＣＯＰ的重要因素．本文首先阐明了超临界流体换热研究的处理原则和分类方法，并重新定义了ＣＯ２临界区范围．利用修改的 ＢＷＲ方程计算得出了 ＣＯ２临界区的物性变化规律，并分析了获得超临界换热关联式的理论求解方法．最后，建立了超临界ＣＯ２管内冷却过程的数学模型，为求解其换热规律提供了方法和依据．     

The concentration fluctuations and the mutual diffusion coefficient in the supercritical solution

Molecular dynamics simulations on Lennard-Jones mixture in the supercritical region are performed. The number of the molecules in the unit cell is 23328 and the mole fraction is 0.5. The concentration fluctuations near the critical point are large compared to the ideal mixing. The mutual diffusion coefficient normalized by the self-diffusion coefficient has a small value near the critical density because of the large concentration fluctuation. The heat capacity, partial molar volume and correlation lengths of density and concentration in the supercritical region are compared with those at the normal density.     

水平螺旋管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

采用RNG k-ε 湍流模型对超临界CO₂流体在内径为4 mm, 长度2000 mm, 节距为10 mm, 曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响, 并和超临界CO₂在水平直管内的冷却换热进行了对比.研究结果表明, 超临界CO₂在水平螺旋管内流动产生的二次流强于水平直管内的二次流, 前者的换热系数大于后者; 换热系数随质量流量的增加而增大; 在似气体区, 换热系数随着热流量的增加而增大, 而在似液体区, 热流量对换热系数几乎没有影响; 换热系数峰值点随着压力的升高而下降, 并向高温区偏移.     

基于拟沸腾理论的超临界CO2管内传热恶化量纲分析

超临界流体广泛应用于工程技术领域,其流动传热特性对工程设计具有重要意义,但是,由于超临界流体的物理微观和宏观行为的机理尚不清晰,所以其异常的流动传热特性并未得到很好的解决.普遍认为超临界流体在分子尺度上可分为类气和类液两种不同的特性,直到最近通过实验在宏观上监测到超临界水类液和类气之间的转变,且这一过程与拟沸腾理论一致...