强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

在二元合金相场模型的研究基础上,建立了耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用Simple算法求解质量和动量守恒方程,用交替隐式有限差分法求解温度控制方程,模拟了流场作用下二元合金等温和非等温凝固过程中枝晶的生长过程,研究了流场对枝晶生长形貌、溶质场和温度场分布情况的影响,将流场作用下二元合金等温和非等温凝固枝晶生长过程进行比较,分析了由于凝固潜热的释放对流场作用下凝固枝晶生长的影响． 关键词： 相场法 对流 非等温凝固 枝晶生长     

激光加热过程中稳态等温相变的数值模拟

本文对激光加热过程中稳态等温相变进行了数值模拟，结果表明，激光加热所产生的熔池内的液体在表面张力与浮力的联合作用下，形成顺时针的涡旋运动；在激光加热功率密度比较小时，可以忽略对流对传热的影响；随着功率密度的加大，对流的作用增强，其影响不可忽视。     

模拟细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机理论

根据非均质材料的细观特征,从基本的能量传递定律出发,建立了一种新的描述细观非均质材料破坏演化的物理元胞自动机(PCA)理论.该理论能够对岩石、混凝土等非均质材料破坏演化进行有效模拟,突破了传统元胞自动机仅限于数学规则运算的框架,使之成为一种有效的物理力学方法.与岩石力学实验结果对比分析表明,PCA模拟结果与实验结果基本符合 关键词： 元胞自动机 细观非均质材料     

非等温气固两相各向同性湍流的直接数值模拟

本文对非等温气固两相各向同性湍流中颗粒及颗粒所见流体温度的统计行为进行了直接数值模拟研究,系统地讨论了颗粒惯性的影响。对于Tp/Tk<1的颗粒,其温度脉动随惯性增大而减弱;对于Tp/Tk>1的颗粒,其趋势相反。颗粒及颗粒所见流体温度的自相关都随颗粒惯性的增加而减弱,而且随颗粒惯性的增加,颗粒所见流体温度的自相关比颗粒自身温度的自关联下降得快。     

十字交叉路口对混合交通流的影响

在单车道元胞自动机交通流FI模型的基础上,不考虑车辆在交叉口转向和随机减速,采用周期性边界条件,研究了十字路口对由不同长度和不同最大行驶速度的车辆构成的混合交通流的影响。     

转道概率和超车视距对交通流的影响

在NaSch模型的基础上,制订了超车规则,建立了双向两车道混合车辆的元胞自动机交通流模型。对模型中的转道概率和超车视距对交通流的影响进行了数值模拟,结果表明转道概率和超车视距对交通流有重要的影响。     

用CA方法模拟界面能各向异性对胞晶生长形态的影响

用元胞自动机（CellularAutomaton,CA）模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固胞晶的生长形态的影响,建立了判定胞晶生长达到稳态的判据．结果显示,当界面能各向异性强度非常小时,胞晶尖端很容易分岔,胞晶形态不容易稳定．而当界面能各向异性强度足够大时,容易形成稳定的胞晶形态,同时界面能各向异性强度会显著影响稳定胞晶的形态,界面能各向异性越强,稳态胞晶间距越小,胞晶尖端半径越小,尖端半径与胞晶间距的比值越小,固液界面前沿的浓度与过冷度越小．     

微环境促进的侵袭性肿瘤生长的元胞自动机模拟

肿瘤的侵袭和转移行为, 常常是导致病人的死亡的原因. 而人们对这些由复杂的肿瘤宿主以及肿瘤细胞与细胞之间相互作用而产生的群体性行为知之甚少. 对这一过程了解的加深, 需要多学科间的合作. 在本篇文章中, 作者将简要回顾肿瘤物理领域的一种新手段, 即近年来由作者参与的通过元胞自动机(CA)模型来研究微环境促进的实体瘤侵袭性生长的研究, 该模型整合了一系列微观的肿瘤宿主相互作用, 包含了肿瘤细胞对细胞外基质的降解, 肿瘤细胞趋向养分的迁移, 肿瘤生长导致的局部组织压力累积以及该压力对局部的肿瘤宿主界面稳定性的影响, 并且, 肿瘤生长时细胞间的粘连也被明确地考虑进来. 该元胞自动机模型能成功地重现出一系列的标志性的肿瘤侵袭行为, 这有力地表明出该模型的有效性和预测能力. 这一模型, 如果能与临床数据结合, 理论上能够拓展从医学数据中得到的现有结论, 帮助设计新的实验, 检验假说, 并且在实验难以检测到的情形下, 预测肿瘤的行为, 协助癌症的早期诊断和预后, 并针对不同病人, 提出最优的个体化医疗方案.     

宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程

针对熔化焊过程建立了宏微观耦合模型,模拟了熔池内不同区域凝固过程中随机取向枝晶的竞争生长过程. 通过宏观三维有限元模型计算熔池中瞬态的传热传质过程,利用双线性插值算法将凝固参数传递给微观组织模型. 采用元胞自动机法模拟随机取向的枝晶在熔池凝固条件下的竞争生长过程. 模拟结果表明,所建立的微观模型能够精确模拟任意生长取向的枝晶. 凝固条件中最大温度梯度方向对枝晶竞争过程有明显选择作用,生长方向与最大温度梯度方向相同或接近的枝晶在竞争中具有更大优势. 焊缝中的晶粒组织由枝晶簇发展形成,晶粒组织的形貌演变取决于相邻枝晶簇之间的竞争过程,具有择优取向的枝晶簇会逐渐排挤非择优取向的枝晶簇并最终将其阻挡在凝固组织内部,宏观晶粒的取向与其内部枝晶簇的生长方向并不一定相同. 熔池中心线附近区域在焊接过程中具有更小的温度梯度、更大的凝固速率以及更大的局部冷却速率,凝固后可以获得更加细小的焊缝枝晶组织. 枝晶间距的模拟结果与相应凝固条件下的试验数据符合较好. 关键词： 焊接熔池 枝晶形貌 竞争生长 元胞自动机     

晶体相场方法模拟纳米晶生长过程

双模的PFC模型能够很好地模拟纳米晶的晶粒长大,可以在二维平面显示出不同晶面类型的晶粒长大过程、不同错配度和晶粒取向的晶界结构,还可以模拟出准共格晶界,观察到晶界处由于错配度不同引起的位错结构。这些模拟得到的结果,对实现人工控制纳米晶晶界结构,指导实验设计具有新型纳米晶界的结构材料具有重要意义。     

枝晶生长和气泡形成的数值模拟

本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton, LBM-CA)耦合模型, 对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力. 采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动. 在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用. 应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证. 应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响. 发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大. 定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、 气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象, 与实验结果符合良好. 此外, 初始气体含量越高, 凝固结束时气泡的体积分数也相对较高. 本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、 生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.     

地开石热分解过程及非等温动力学研究

用傅利叶变换红外光谱仪研究了湖南晨溪地开石热分解前后的红外光谱,加热反应后原矿粉红外光谱在3620.73、3695.34cm-1处的地开石羟基伸缩振动吸收峰和在916.06、1009.33cm-1处的羟基弯曲振动吸收峰都消失,表明其质量失重为羟基脱水.在298～1123K,用TG DTA综合分析仪研究了地开石在程序升温下的热分解行为.结果表明,在600～1000K,其质量损失为13.7%,与理论计算的脱水量相近.根据TG DTG曲线上的基础数据,联合运用积分法(Coats Redfern方程、HM方程、MKN方程)和微分法(Achar方程)对地开石脱水反应过程进行了非等温动力学研究,结果显示,地开石热分解反应的机理函数为F2,求得反应的动力学参数:反应级数为2.1,表观活化能为131.62kJ/mol,指前因子为108.3s-1.作为一种验证方法,使用Ozawa方程对不同升温速率TG曲线上相同分解率处的绝对温度进行线性回归分析,求出的表观活化能值为133.07kJ/mol,此值不仅与上述各种方法的表观活化能值相近,也与确定机理函数时的表观活化能值相近.说明实验求得的动力学参数在很大程度上是可靠的.     

纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势,模拟了500个Cu原子(简称Cu₅₀₀) 组成的纳米颗粒的等温晶化过程.利用修正的均方位移、键对分析技术和内在结构(IS) 等方法对该过程中的结构和动力学行为进行分析研究.结果显示:与块体金属不同的是, Cu₅₀₀纳米颗粒在某一温度保温时,其晶化时间并不是一个定值, 而是存在一个统计分布,并且保温温度越低其晶化时间的分布范围越广, 最长晶化时间越长.在低温晶化时, Cu₅₀₀经历了一系列中间构型的转变才达到晶态, 表现出多步晶化的特征.文章作者研究了颗粒的初始构型对晶化进程的影响, 发现颗粒的初始结构特征和能量状态对其随后的晶化过程有着重要的影响, 同一温度下,颗粒初始构型的IS能量越低其晶化时间越长,这一点在低温时尤其明显.     

等温凝固多晶粒生长相场法模拟

采用Kim模型，利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟，为了提高计算效率，采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响，结果表明：成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响，溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布，结果导致实际热过冷减小，进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散，致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象. 关键词： 相场法 模拟 择优生长 等温凝固 二元合金     

主干道交通流的路口效应

基于Nagel-Schreckenberg交通流模型的演化规则,建立了路口等距分布的主干道交通流模型,在开放性边界及路口以同步红绿灯控制的条件下对交通流进行了数值模拟.分析结果发现：主干道的通行能力由路口的通行能力决定;低密度时,流量与路口数目无关,利用平均场方法,可算出平均速度随绿灯周期变化的极值位置;高密度时,流量与路口数目有关,通过调整交通灯周期,可使主干道处于最佳交通状态. 关键词： 元胞自动机 交通流 数值模拟 平均场理论     

基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟

在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过耦合多元合金热力学相平衡求解器PanEngine, 建立了三元合金改进的元胞自动机模型,可模拟初生相枝晶的生长过程. 模型考虑了曲率过冷和成分过冷对界面平衡溶质成分的影响,通过不同组元的无量纲溶质过饱和度方程和界面溶质守恒方程之间的耦合来求解界面生长速率,并通过PanEngine计算界面处的液相线温度. 采用本模型模拟了Al-7%Si-xMg三元合金自由枝晶的生长形态, 结果表明Mg含量的增加会抑制枝晶一次臂的生长和二次臂的产生.同时模拟了不同抽拉速度下 Al-7%Si-0.5%Mg合金柱状枝晶的竞争生长过程,随着抽拉速度的增大,柱状枝晶一次枝晶臂间距逐渐减小, 与Hunt理论模型符合较好.     

敏感换道对下匝道系统交通流的影响

在NaSh模型基础上,充分考虑驾驶员在匝口指示牌的诱导作用下驾驶方式的变化,定义了车辆在匝口上游的换道、直行驾驶规则,提出了敏感换道的元胞自动机下匝道交通流模型. 通过计算机数值模拟,结果表明：敏感换道过程能减少直行车道上的转出车辆比例,对非必要的换道行为有明显的抑制作用,且随敏感换道区长度增加,该作用越明显;匝口提示位置并非越长越好,系统转出车辆比例越小,系统所需的最佳敏感换道区长度越短. 工程设计中根据转出车辆比例选取一个适宜距离安放匝口指示牌,能有效增加系统流量和临界加入概率. 关键词： 交通流 元胞自动机 驾驶方式 计算机数值模拟     

考虑驾驶方式改变的一维元胞自动机交通流模型

在一维元胞自动机交通流WWH模型和SDNS模型的基础上,建立了考虑驾驶方式改变的元胞自动机模型（Change-CA模型）.具体描述为驾驶员可根据交通环境选择不同的驾驶方式在道路上驾车行驶,以各自的演化规则进行状态更新,同时定义了驾驶方式更新原则.通过计算机数值模拟,发现驾驶方式可变时,模型模拟得到的混合交通流流量较大;保守型驾驶方式对交通流变化的影响随改变概率增大而减少.并且在演化过程中,驾驶方式改变频率的变化趋势与改变概率、安全概率密切相关.与NS模型和SDNS模型相比,Change-CA模型减少了车流 关键词： 交通流 元胞自动机 驾驶方式 计算机数值模拟     

考虑驾驶员特性的一维元胞自动机交通流模型

在一维元胞自动机交通流WWH模型和SDNaSch模型的基础上,建立了一种考虑驾驶员特性的元胞自动机交通流模型(Driver-SDNaSch模型).该模型将驾驶员分为激进型、保守型和中立型三类,根据其不同的驾驶特性制定了各自的演化规则,并以此对其进行状态更新;同时考虑了前车速度为0的情况,引入安全减速概率.通过计算机对Driver-SDNaSch模型进行模拟,给出了由三类驾驶员按不同比例组成的混合交通流的速度-密度图和流量-密度图,并对此类混合交通流的特性进行了分析和讨论.与NaSch模型和SDNaSch模 关键词： 交通流 元胞自动机 驾驶员特性 计算机数值模拟     

基于跟车行为的双车道交通流元胞自动机模型：

结合跟车行为中车辆相对运动的影响和安全驾驶条件,引入换道规则,提出了基于跟车行为的双车道元胞自动机模型．模型可以描述系统在临界密度附近的亚稳态性质,其仿真结果与实测数据符合很好．在对车辆换道仿真数据采集处理的基础上,研究满足换道条件的车辆数和车辆密度间的关系,定义了换道函数描述标准驾驶行为下的车辆换道过程,求得函数的解析解并使用函数预测经换道达到稳定的车辆密度值,为量化和深入研究车辆的换道行为提供参考．