泡沫金属内相变材料融化传热过程的数值模拟

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料能有效改善相变传热性能.考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性,建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型.运用显热容法模拟了泡沫铝内融化相变的温度分布与流场.计算结果显示对比纯相变材料,加入泡沫铝能显著强化传热性能.固体骨架与储能材料之间在其相变时有较大的温差.     

Fe-C合金中形变诱导动态相变的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗（MC）方法模拟了Fe-C合金在奥氏体-铁素体相变的平衡温度之上的形变诱导动态相变过程.通过建立合适的MC规则,在一个MC模型中同时实现了奥氏体-铁素体相变、铁素体-奥氏体逆相变以及奥氏体动态再结晶过程的模拟.同时,一个基于矢量变换的拓扑模型被嵌入此MC相变模型,用来跟踪由于塑性变形导致的晶粒形貌变化.在此基础上模拟分析了动态相变过程中铁素体的形成特点,讨论了由于相变、逆相变和动态再结晶交互作用所带来的影响. 关键词： 形变诱导动态相变 蒙特卡罗模型 动态再结晶 介观模拟     

第一性原理计算Fe从bcc到hcp结构的相变路径及其磁性边界

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了压力作用下Fe从bcc到hcp结构相变的势能面、相变路径以及相变过程中的磁性相边界.结果表明:与Burgers路径不同,相变过程中bcc结构(110)bcc面的剪切和相对滑移相互耦合,并伴随有(110)bcc面间距的减小;这一相变机制可以解释Fe的静高压实验中在相变初期观察到的hcp结构异常.因此,并不需要像Wang和Ingalls提出的那样,在相变过程中引入一个亚稳定的fcc相来解释这些实验结果.对相变势能面的计算表明剪切对相变的发生有激活作用.此外,分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变,相变过渡态位置正好位于磁性相边界上,并对原子磁性对结构转变影响的物理机制进行了讨论.     

铁磁形状记忆合金Ni52.2Mn23.8Ga24的马氏体相变及其物理表征

对Ni52.2Mn23.8Ga24的单晶样品在马氏体相变过程中的相变潜热、磁性、电阻以及应变等物理序参量进行了测量.测量结果表明:不同的物理机制表征的相变温度有所不同.利用马氏体相变的GT关系予以分析,解释了不同测量方法获得的相变温度差别的原因.研究指出,Heusler合金Ni2MnGa的相变是分布晶格畸变类型,磁结构的变化发生在第二步晶格的非均匀切变,但相变应变与GT模型有区别. 关键词： 马氏体相变 Ni52.2Mn23.8Ga24     

xPMnS-(1－x)PZN陶瓷的相变特性研究

研究了xPMnS-(1-x)PZN 四元系压电陶瓷的相变特征，分析了组成变化对材料相变特性的影响.结果表明，xPMnS-(1-x)PZN陶瓷具有弥散性相变特点，在相变过程中存在明显的介电热滞.电子结构计算结果表明，弥散相变的原因是由于不同B位原子与周围氧原子成键强度不同所致.当x值较大(或较小)时具有弛豫铁电体特征，相变弥散性较强；当组成位于x=0.4附近时具有正常-弛豫铁电体特征，相变的弥散性较弱. 关键词： xPMnS-(1－x)PZN 弥散相变 介电热滞     

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     

临界现象理论和威尔孙的贡献──1982年诺贝尔物理学奖获得者简介

美国康奈尔大学的威尔孙(Kenneth G.Wilson)教授因建立相变的临界现象理论荣获1982年度诺贝尔物理奖。相变现象的研究是一个古老而艰难的领域.1869年安德留斯发现气液相变临界点.1873年范德瓦尔斯提出的非理想气体状态方程,是解释相变现象最早的热力学理论.但是,如何从物质的微     

窗口声阻抗对锆相变动力学的影响

基于磁驱动加载装置CQ-4开展了锆的斜波压缩相变实验,研究了锆样品后表面窗口声阻抗对相变波形的影响.实验结果显示,锆后表面为较低声阻抗窗口(自由面和LiF窗口)时,相变起始对应的特征粒子速度约331.0 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时,特征粒子速度约301.9 m/s,特征速度对应的压力从约9.14 GPa下降到8.27 GPa.相变对应的速度特征拐点是与多种因素相关的实验信息,因此它对应的压力并不是材料属性参数相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变动力学方程开展了锆的相变动力学数值模拟研究,相变弛豫时间为30 ns,计算结果与三种情况的实验结果符合良好,可以较好地模拟斜波压缩下锆的弹塑性转变、相变等物理过程.在压力-比容和温度-压力热力学平面,相变前锆的准等熵线与冲击绝热线差异很小,相变后准等熵线都位于冲击绝热线下方,随着压力的增加准等熵线和冲击绝线偏差越来越大,温度-压力平面中在20 GPa时相差约100 K.相变开始后,由于相变引起比容的间断,导致锆的拉氏声速迅速下降约7%,相变完成后拉氏声速恢复到体波声速.     

基于深度学习的两分量BEC中量子相变点的识别

识别物质的相变是物理学研究中一个重要问题.本文采用了一种混淆标签方案的卷积神经网络算法来识别两分量玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)中量子相变点,通过计算神经网络输出的准确率,得到W型性能曲线,此性能曲线中间的极大值对应着量子相变的临界点.研究结果表明,深度学习得到的量子相变点与解析计算值吻合度较高.此混淆标签方案的深度学习研究方法可以应用到存在两种相的相变体系.     

电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

二氧化钒(VO_2)是一种强关联相变材料,在341 K下发生金属-绝缘体转变.尽管对于VO_2相变的物理机理进行了大量研究,但科学家仍未形成统一认识.与热致VO_2相变相比,电触发VO_2相变应用前景更为广阔,但其机理也更为复杂.本文利用原位通电杆和超快相机技术,在透射电镜下原位观察了单晶VO_2纳米线通电时的相转变过程,记录了相变过程中对应的电压-电流值,并在毫秒尺度下捕捉到了VO_2的过渡相态.发现VO_2电致相变并非由焦耳热引起,推断其机理是载流子注入.同时观察到电子结构相变和晶体结构相变存在解耦现象,进一步支持了上述推断.将VO_2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO_2纳米线在电场中的极化偏移,而未观察到相变发生,该现象同样支持相变的载流子注入机理.研究表明VO_2的金属-绝缘体转变遵循电子-电子关联机理,即根据电子关联的Mott转变进行.     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸钠相变特性的影响及机理

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料,制备了石墨烯纳米片质量分数为0%,0.5%, 1%, 1.5%, 2%的复合相变材料.通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理.结果表明,石墨烯纳米片质量分数为1.5%时,硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置,此时二者之间相互吸引作用最强,熔盐分子的运动受限最为严重,难以发生熔化,从而导致相变焓降低最为显著.为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失,应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型,合理选择纳米增强剂的质量分数.在实际应用中,恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本.     

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响.结果 表明,在单区域相变问题中,改进模型的温度分布更加准确.另外,在有相变的自然对流问题中,没有潜热附加项的改进模型的熔化过程比其他模型略慢,同一时刻的最大液相率与最小液相率之差小于0.01.     

锰基合金的反铁磁转变与fct马氏体相变内耗

孪晶型阻尼材料已被实际应用,(011)孪晶通过fcc-fct马氏体相变形成,而γMn基合金中,马氏体相变又与合金的反铁磁转变密切相关.因此研究γMn基孪晶型阻尼材料,无疑必须探讨反铁磁转变与一级马氏体相变的之间关系,反铁磁转变和马氏体转变对孪晶形成的作用.本文通对富锰的γMn基合金(Mn-Cu,Mn-Fe,Mn-Ni)的内耗和模量的测量,研究这二类相变在不同材料,不同成分合金中的耦合的机制,以及反铁磁转变和马氏体相变对孪晶形成的作用.结果显示,马氏体相变和反铁磁转变耦合或马氏体相变与孪晶阻尼峰耦合都可以获得材料的高阻尼性能.当锰含量较高时,反铁磁转变和马氏体相变发生耦合,或马氏体相变内耗与孪晶内耗叠加,在室温附近形成高内耗阻尼;当锰含量较低时,马氏体相变温度降到室温以下,反铁磁转变形成的微孪晶亦能产生内耗阻尼峰.     

轨道诱导Peierls相变材料MgTi_2O_4的电子自旋共振研究

用变温电子自旋共振手段(Electron Spin Resonance,ESR),对轨道诱导Peierls相变MgTi_2O_4体系进行了研究.研究发现,轨道诱导Peierls相变所伴随的自旋二聚相变对ESR谱产生了影响.在相变温度以上,MgTi_2O_4的磁性为顺磁行为.而在相变温度以下,ESR谱显示MgTi_2O_4的磁性偏离了顺磁行为.对ESR谱线的参数拟合结果显示,MgTi_2O_4在发生轨道诱导Peierls相变时,自旋耦合作用逐渐增强.这说明:自旋耦合作用的增强很有可能是导致相变的一个重要的因素.     

冲击加载条件下融石英对水的凝固相变的诱导效应

利用轻气炮冲击加载手段和透光性在线测试技术研究了融石英对水的再冲击结冰相变过程的影响.实验结果表明,当再冲击压力为1.28 GPa时,与融石英直接接触的水会发生凝固相变,而与融石英不接触的水在约2 μs观测期间仍然保持液相,证实融石英对水的冲击凝固相变过程产生了明显的诱导作用.同时还给出了相变动力学的解释. 关键词： 冲击 水 相变     

高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 分别研究了压力作用下Fe从体心立方 (bcc,α 相) 结构到六角密排(hcp, ε相) 结构相变的两种不同的相变机理: 相变过程中出现亚稳定的面心立方(fcc) 结构(bcc-fcc-hcp) , 以及相变过程中没有出现亚稳定的fcc结构(bcc-hcp) . 计算结果表明: 静水压力条件下, 相变过程中并不会产生亚稳定的fcc结构, 这与最近的原位XRD实验测量结果相一致. 随着压力的增加, fcc-hcp的相变势垒逐渐增加, 压力趋向于阻止Fe从fcc结构到hcp结构的相变. 计算得到了相变过程中原子磁性和结构的详细信息, 分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变, 并且讨论了原子磁性对结构转变影响的物理机理. 此外, 对分子动力学模拟中产生亚稳定的fcc结构的原因也进行了讨论. 关键词： 相变机理 静水压力 第一性原理 铁     

钨青铜型结构铁电体的低温扩散相转变

对六种钨青铜结构的铌酸盐铁电晶体进行了从15 K 到室温范围的介电特性及热电特性的研究. 分析其介电特性和热电特性与极化电场的关系, 用x 射线粉末衍射进行佐证. 证实在50 一70 K 的范围内, SBN , PBN , KNSBN 三类铁电钨青铜铌酸盐晶体均存在着一个新的相变. 相变是由点群4mm铁电相到点群mm2 铁电相的转变. 铁电自发极化方向由四方晶胞的c轴方向转变到正交晶胞的b 轴方向.介电特性的高频及低频测量表明该相变具有扩散(或称弥散)型特征. 比热的实验结果证明相变是属于高于一阶相变的高阶相变. 对相变前后的晶胞结构提出了一个模型解释. 关键词：     

Cu掺杂对TiNi合金马氏体相变路径影响的第一性原理研究

不同浓度的Cu元素掺杂会极大地影响TiNi二元合金的物理性质和相变行为.为了解释其中的物理机制,本文通过第一性原理计算,对TiNi和Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)的相变机制和相稳定性进行了计算和讨论.通过计算Cu掺杂前后立方相到正交相、再到单斜相过程中的相变路径和相变势垒,解释了Cu掺杂对二元合金TiNi相变过程的影响.计算结果表明:TiNi合金的正交相和单斜相之间存在一个大小为1.6meV的相变势垒;而对于Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25),这两个相之间的相变势垒大小至少为10.3meV,如此大的一个相变势垒意味着Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)合金的正交相很难跨过势垒相变到单斜相.     

关于铁的势函数的研究

本文介绍了由Voter-Chan提出的嵌入式原子势模型(EAM),运用该原子势计算了单晶铁的弹性常数和在高压下的固固相变.模拟结果显示此EAM势描述铁的弹性常数与实验值有一定的偏离,但是却比较好的反映了铁在高压下的相变.此EAM势模型可以用来进一步研究铁在极端条件下的相变过程等,对相变的微观机制进行更细致深入的研究.     

相变材料模拟金属构件热特性的数值研究

通过理论分析和数值计算论证了用相变材料模拟多种常用金属构件热特性的可行性.利用相变材料模拟了厚度分别为20 mm,30 mm,50 mm和100 mm的金属板材,发现在模拟较厚的金属板材时,相变材料的低导热系数对模拟效果产生了不利影响.在此基础上,利用导热系数增强的相变材料对厚度大于100 mm金属板材进行模拟,取得了较好的模拟效果.并利用相变材料模拟了金属构件轮和管的热特性.