热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响

应用商业软件ANSYS CFX 计算了等离子体热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响。计算结果表明,导向槽中心附近液态锂温度较高,冷却水入口和出口对应位置液态锂温度最低。液态锂出口温度随着等离子体热通量的增大而线性升高,冷却水流速为1.5m·s⁻¹,热通量分别为0.1MW·m⁻² 和1MW·m⁻² 时,液态锂在出口处对应的温度分别为255.3°C 和458.6°C。增大液态锂流速,导向槽内液态锂的温度逐渐降低,但温度变化的幅度较小。计算结果对液态锂回路安全稳定运行提供了一定参考。     

微通道中流体流动的分子动力学模拟

本文建立了周期外力作用下流体在微通道间流动模型.以此模型为基础,模拟计算了氩在亲水性和憎水性平行平板壁面间的流动过程,并对速度分布、温度分布等进行了统计.模拟结果表明在憎水性壁面附近,易观察到速度滑移和温度阶跃现象,而亲水性壁面上则反之.与N-S方程和能量方程的解进行了比较,亲水性通道速度和温度的模拟结果与分析解吻合较好,憎水性通道的模拟结果与分析解相差较大.同时,对300℃下不同密度水的流动进行了模拟,随着密度的增大,在壁面附近流体流动特性发生了变化.     

316L不锈钢在静态液态锂中的腐蚀行为研究

利用脉冲激光诱导击穿光谱仪(LIBS)结合SEM、EDX和维氏硬度(HV)等分析手段,分析了316L不锈钢在350℃的液态锂中静态腐蚀500h后的腐蚀特性。微观形貌分析表明：样品存在较明显的晶间腐蚀,其腐蚀层厚度约为2.7μm。硬度分析表明：腐蚀后表面硬度值约HV234.72,约是腐蚀前硬度值的0.78倍。LIBS组分分析表明：经液态锂腐蚀后的样品表面Ni、Cr等元素含量相对减少;在被腐蚀区域Li元素含量随激光击打深度的增加而减少,而Ni、Cr等元素含量与之近似呈成正比递增;母材区Li元素的渗透深度约3.5μm,约是焊缝区的0.6倍。     

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     

液态锂回路的研究及实验

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

纳米通道滑移流动的分子动力学研究

本文采用非平衡分子动力学方法对纳米通道内的Couette流动进行了研究,计算获得了不同壁面和流体间势能作用强度下通道内流体的速度分布和密度分布,反映出可能存在的速度滑移、表观无滑移和负滑移现象,并探讨了速度滑移程度和壁面作用强度之间的关系。     

氩气驱动液态锂回路的总体设计及初步运行结果

为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程,建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前,此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。     

FV-MD耦合算法在微通道流动研究中的应用

本文采用有限容积(FV)-分子动力学(MD)耦合算法对微通道内的液体流动进行了模拟研究.分析了通道宽度以及流固作用势强度对流体流动形式和壁面滑移速度的影响.结果显示:通道宽度减小与流固作用势的减弱都会使速度分布与宏观尺度下的分析解出现更大偏离,滑移速度与滑移长度明显增加.对于流体为液体氩,壁面为金属铂的工况条件,当通道宽度超过约0.6μm时,滑移速度不足最大流速的0.5%,滑移长度不足通道宽度的0.2%.     

液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台.该平台运行时真空环境可达10?4Pa,对被测限制器可加热至350℃.在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路.测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够...     

纳米通道粗糙内壁对流体流动行为的影响

纳米流动系统具有高效、经济等优势,在众多领域具有广泛的应用前景.因该类系统具有极高的表面积体积比,致使界面滑移效应对流动具有显著影响.本文采用分子动力学方法以两无限大平行非对称壁面组成的Poiseuille流动为对象,分析了壁面粗糙度与润湿性变化对通道内流体流动的影响.对于不同结构类型的壁面,需要通过水动力位置来确定固液界面位置,准确计算固液界面位置有助于更好地分析界面滑移效应.研究结果表明,上下壁面不对称会引起通道内流场参数分布的不对称,壁面粗糙度及润湿性的变化会影响近壁面附近流体原子的流动特性,由于壁面凹槽的存在,粗糙壁面附近的数密度分布低于光滑壁面一侧.壁面粗糙度及润湿性的变化会影响固液界面位置,肋高变化及壁面润湿性对通道中速度分布影响较大,界面滑移速度及滑移长度随肋高和润湿性的增大而减小;肋间距变化对通道内流体流动影响较小,界面滑移速度和滑移长度基本保持恒定.     

冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对液态金属Cu在四个不同冷却速率下的凝固过程进行了分子动力学模拟研究. 通过双体分布函数、键型指数、配位数、均方位移及可视化分析, 结果表明：冷却速率对液态金属Cu的微观结构演变有决定性影响. 当冷却速率为1.0×10¹⁴K/s时得到非晶态结构；当冷速分别为1.0×10¹³K/s，1.0×10¹²K/s和1.3×10¹¹K/s时，系统形成以1421键型为主体的面心立方(fcc)与六角密集(hcp)共存的混合晶体结构；且其结晶温度分别为373K，773K和873K，即冷速越慢，其结晶温度越高，结晶程度也越高；且冷速越慢，1421键型越多，混合晶体中面心立方(fcc)结构所占的比例越高. 同时发现，原子的平均配位数的变化与1551，1441，1661键型的变化密切相关, 反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关. 在可视化分析中，进一步采用中心原子法展现出非晶态与晶体结构的2D截面，及在3D下混合晶体中两个基本原子团分别为面心立方(fcc)与六角密集(hcp)基本原子团的具体结构. 关键词： Q-SC多体势 液态金属Cu 凝固过程 分子动力学模拟     

纳米通道内液体流动的滑移现象

采用分子动力学模拟方法研究了液态氩在铂纳米通道内的流动，通过改变流体和壁面之间的势能作用获得了流体和通道表面之间浸润性质不同时的滑移现象. 研究发现：液体分子在亲水性通道表面附近呈类固体性质，数密度和有序性较大，而在疏水性表面附近的平均数密度降低，形成一个低密度层；液体流动在固体表面的速度滑移随着液体与表面势能作用的增强而减小，当液体和表面的浸润性不同时可以发生滑移、表观无滑移和负滑移现象；液体在固体表面的表观滑移是液体在固体表面的速度滑移、粘附和流体内部滑移的综合作用的结果. 关键词： 纳米尺度流动 速度滑移 浸润性 分子动力学模拟     

纯铝熔体的微观动力学行为

利用反映原子多体相互作用的紧束缚模型及分子动力学计算机模拟技术,研究了液态金属Al的熔体结构与微观动力学行为。计算了纯金属熔体Al在不同温度下的双体分布函数,平均平方位移及速度自相关函数。模拟结果与实验结果吻合得很好,表明紧束缚模型能够描述纯铝熔体中原子间的相互作用     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征

液态Ga及其合金的熔点低、毒副作用小、导电率高,使得这类液态金属能像石墨烯一样被广泛应用于微流器件、柔性电子器件中,制备这些器件的关键在于有效控制各生产环节中液态金属在固体界面上的润湿性及形貌特征.基于Lennard-Jones(L-J)势函数,利用分子动力学模拟方法研究了金属Ga在石墨烯表面的润湿性,根据模拟结果拟合的L-J势参数能正确描述Ga原子与衬底之间的相互作用并得到了与实验值极为接近的润湿角,发现衬底与液膜间相互作用的微小改变都会对最终润湿形态产生极大影响,平衡态的润湿角和脱离衬底速度随着Ga-C间势能的减小而增大,并成功获得了不同厚度的Ga液膜在石墨烯表面的形态演变规律,极为符合液态Ga的基本特性.利用所得L-J势函数参数模拟了液态Ga在粗糙度相同但纳米柱尖端形貌不同的C材料表面的润湿演变,发现纳米柱尖端形貌对液态Ga的润湿过程及状态影响极大.     

Effect of interface structure on deformation behavior of crystalline Cu/amorphous CuZr sandwich structures

The effect of interface types (namely, sharp interface and graded interface) and its thickness on the deformation behavior of crystalline/amorphous/crystalline sandwich structures (CACSSs) under tensile loading are studied using molecular dynamics simulation. Compared with the CACSSs with sharp interface, the CACSSs with gradient interface consistently exhibit good plasticity when the interface thickness is larger than 6 nm, due to the coupling effects among crystalline layer, amorphous layer and crystalline–amorphous interface. With the increase of interface thickness, the plastic deformation mechanism of CACSSs with gradient interface changes from the local plastic deformation in amorphous layer to the homogeneous plastic deformation.     

Response properties at the dynamic water/dichloroethane liquid–liquid interface

ABSTRACT

We present a novel approach for calculating the static dielectric permittivity profile of a liquid–liquid interface (LLI) from molecular dynamics simulations. To obtain well-defined features, comparable to those observed at solid–liquid interfaces, we find it essential to reference to the instantaneous liquid–liquid interface rather than the more commonly used average Gibbs interface. We provide a coarse-grained approach for the practical definition of the instantaneous interface and present numerical results for the prototypical water/1,2-dichloroethane system. These results show that the parallel components of the dielectric permittivity tensor can be accurately extracted. In contrast, the perpendicular component does not converge to the correct bulk value at large distances from the LLI, highlighting a flaw in the regularly applied coarse-graining procedure.     

Computer simulation of the structure of MZr2 liquid and amorphous alloys

In the present study, we compare the structure of NiZr₂ and CuZr₂ disordered (liquid and amorphous) alloys. While Cu and Ni have similar atomic radii, the formation heats of these alloys differ by more than a factor of two. Moreover, the most stable crystal phase in the CuZr₂ alloy has the C11b lattice while the most stable phase in the NiZr2 alloy has the C16 lattice. Comparing these two alloys allows us to directly explore how the chemistry and atomic size affect the disordered phase structure. We find that all differences in the structures of the disordered alloys are readily explained by the smaller Ni–Zr separation driven by the higher heat of mixing and the structure of the disordered alloys does not necessarily resemble the local packing structure of their crystalline counterparts. Comparison of the disordered alloys and their most stable crystal phase structures explains the better glass formability of the CuZr₂ alloy.     

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.