自动校准的多相状态方程建模方法及其在锡中的应用

状态方程与描述能量、动量、质量守恒的偏微分方程一起，构成了可求解材料动态压缩行为的完备流体力学方程组。动态压缩下，相变会导致材料内能、密度、强度等物理性质的不连续变化，需要构建多相状态方程模型才能精确描述这些变化。通过多相状态方程模型的自动组装，采用计算机智能优化算法自动校准状态方程模型参数，发展了自动化的多相状态方程建模程序AEOS(automated equation of state)。利用AEOS，构建了锡的3套状态方程模型，3套模型的计算结果与相关实验结果基本一致，验证了AEOS程序的适用性。将构建的状态方程模型应用于一维流体力学模拟，发现锡冲击到17 GPa再等熵卸载到常压的压力-温度路径会经过β相-体心四方相-液相三相点，并且可以很好地解释在15.4 GPa的冲击压力下锡的微喷颗粒呈现固-液混合态的实验现象。AEOS的良好表现证明其在大型数字化科研平台以及高通量材料物性计算中将具有广泛的应用前景。     

相场模型及其在电化学储能材料中的应用

随着计算机技术的快速发展,计算研究在探究材料体系微结构演化方面展示出巨大的优势.作为材料动力学的一种计算研究方法,相场模型不仅可以避免复杂的界面追踪,而且便于处理各类外场因素,因而受到广泛关注.藉此本文介绍了相场模型的理论框架以及目前主流的多元多相系相场模型:Carter模型, Steinbach模型和Chen模型,并从相场变量的解释、耦合热力学数据库的方式、体系自由能密度的构建方式以及演化方程等方面对上述三个模型进行了系统地概括和比较.进一步,聚焦于相场模型在各向异性输运和相分离、弹性和塑性变形、裂纹扩展和断裂、枝晶生长机制等方面的应用,系统展示了相场模型在描述电化学储能材料微结构演化以及改进其性能方面的巨大潜力.最后,从相场模型的理论改进和应用拓展两个方面,讨论并展望了电化学储能材料相场模拟的未来发展方向和亟待解决的关键问题.     

PETN炸药爆轰产物状态方程的理论研究

 采用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算爆轰气相产物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最小原理确定不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算PETN炸药Chapman-Jouguet（CJ）点的爆轰参数,其值与实验值符合得很好;同时计算了以CJ点为起始点的等熵卸载线,并与传统的Jones-Wilkins-Lee（JWL）状态方程的计算结果进行比较,发现计算的γ值是单调递减的,而JWL状态方程计算的γ值却出现了“双峰”现象。分析认为,传统的JWL状态方程给出的“双峰”变化,是由其函数形式自身决定的,并不对应实际物理过程。     

F-L模型的状态方程与退禁闭相变图象

用温度场论方法计算了F-L模型在有限温度和密度下的状态方程,分析了压强对净重子数密度的等温线.结果表明,在平均场近似下,F-L模型所给出的退禁闭相变为一级相变.     

基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型，计算爆轰气相产物的状态方程；用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相４种相态描述凝聚成分，由Gibbs自由能最小确定不同状态下的凝聚产物相态.对爆轰产物混合系统采用Gibbs自由能最小原理，通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分，计算结果与Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)和Lennard-Jones-Devonshire结果相近.使用该理论对炸药的爆轰参数做了预言，与BKW，Jo 关键词： 爆轰产物 物态方程 化学平衡方程组     

非定常粘性空化流动模型及其数值计算

基于气液两相当地均相介质模型,本文给出了一种模拟非定常粘性空化流动的计算模型。认为空化绕流流场中流动介质是一种当地均匀的气液混相物。控制方程采用了应用两相流模型的N-S方程。基于液相和气相的状态方程推导了混合介质密度的表达式。为了保证数值计算的稳定性,控制方程的数值求解采用了TVD-MacCormack格式。为了评价计算模型的可靠性,分别计算了绕台阶和管道水锤的空化流动,所得结果是合理的,说明该方法可以用于空化流动的数值计算。     

金属铁中空位团簇演化行为的相场研究

构建了一个定量化的相场模型, 用于研究金属铁(Fe)中空位团簇的演化行为. 基于理想气体自由能函数构造了体系的总能量, 并给出了将相场模型中的计算参数与实验数据相结合的方法. 此相场模型能够定量描述空位团簇在金属Fe中生长和粗化的过程以及晶界对于空位团簇演化过程的影响. 这些结果为进一步研究金属Fe中氢/氦等杂质原子与空位之间的相互作用及其演化行为提供了途径. 关键词： 铁 空位团簇 演化 相场方法     

F－L模型的状态方程与退禁闭相变图象

用温度场论方法计算了Ｆ－Ｌ模型在有限温度和密度下的状态方程，分析了压强对净重子数密度的等温线．结果表明，在平均场近似下，Ｆ－Ｌ模型所给出的退禁闭相变为一级相变．     

向列型液晶的硬棒理论与分子取向短程关联

在向列型液晶的硬棒理论中引入分子取向短程关联。理论的出发点是Ｓｉｎ－ＤｏｏＬｅｅ的自由能表示，这一表示基于Ｃａｒｎａｈａｎ－Ｓｔａｒｌｉｎｇ状态方程。用包括了分子短程关联的取向熵代替原来平均场形式的取向熵项，得到新的自由能表示。通过自由能对分子取向分布求变分确定平衡态分布。对液晶ＰＡＡ进行了数值计算。给出了相变点序参数、熵变、相变点致密度和相对密度变化的计算值。考虑短程关联后的理论值较通常硬棒理论有显著改进。因此，在某种程度上克服了硬棒理论的困难。     

卤代烃的Peng-Robinson状态方程的密度修正

利用密度平移的方法对Peng-Robinson状态方程计算的液相密度进行了修正,给出了其描述平移量的关联式。对22种卤代烃纯物质的计算结果表明,修正后的PR方程能够很好地计算液相密度,并且能很好地再现纯物质的临界压缩因子,计算精度可以满足工程应用的需要。     

高温高压合成顶角氧掺杂型高温超导系列

 简要介绍了(Sr,Ca)_n+1Cu_nO_2n(Cl,O)₂,即三元数法的Cl-“02n”（或四元数Cl-02(n-1)n）超导系列,简称Cl-系超导体。和通常的高温超导体不同,Cl-系的电荷库由卤化物构成,而非通常的氧化物。即Cl-系的导电区和电荷库由顶角氯连接,根据这一结构特点用“顶角氧”掺杂,高压合成了T_c≈80 K的(Sr,Ca)₃Cu₂O₄(Cl,O)₂超导体。该化合物具有和全氧化物高温超导体可比的超导性能,表明高温高压合成全新的卤氧超导新材料的潜力,以及开发卤氧化物高温超导体群的研究前景。     

位错动力学在极端环境力学中的发展及应用

作为联系分子动力学和连续介质力学方法的桥梁,离散位错动力学(DDD)方法近些年来取得了诸多进展。其典型代表就是DDD与连续介质有限元方法(FEM)的耦合,使其可以考虑复杂的边界条件及多物理场的耦合作用。首先介绍了DDD方法及其与FEM耦合的典型方法,然后面向高应变率、高温、强辐照几种极端环境,系统阐述了DDD及其耦合方法的发展思路和进展,展示了该方法在揭示微观机理、发展连续化理论模型上的若干成果。     

1.2 MV大功率直流高压电源研制

采用等边三角形结构的铁芯,次级线圈分成40级,分别进行三相全波整流,每级输出直流30 kV,串联后获得1.2 MV/A的直流高电压大功率输出。电源的能量转换效率大于95%,漏抗高达21.7%。采用无滤波电容结构,次级线圈星型/三角型接法交替使用,纹波系数小于±4%。整个电源密封在压力钢筒中,充0.8 MPa高纯度SF6气体作为绝缘介质,最大工作场强小于130 kV/cm。设计了专门的SF6气体冷却系统,气体温度控制在60 ℃以内,高电压由充气同轴传输线输出。在小负载条件下,电源各项指标满足技术要求,已经安装在1.2 MW,1.2 MeV大功率直流电子加速器上进行整机联调。     

On the dependence of the critical temperature on pressure in the bisoliton model of high temperature superconductors

Abstract

In the framework of the bisoliton model we have studied the critical temperature T _c, as a function of the pressure P and of the hole concentration δ for the high temperature superconductors YBa₂Cu₃O_x and (La_1-xM_x)₂CuO₄. Our results for δ ln T_c/δ ln V as a function of T _c describe quite satisfactorily the general trend of the experimental data. Furthermore we show that in the bisoliton model the energy gap δ (in units of Jg³/3, where J is the nearest-neighbour exchange integral and g is the nonlinearity parameter) is an universal function of δ/g. An analogous property is valid for T _c By fitting the maximum value of T _c we are able also to reproduce the experimental data for T _c(δ).     

KNb0.77Al0.23O2.77的高压相变研究

 利用水热法合成了立方相KNb_0.77Al_0.23O_2.77。在水热晶化过程中得到了包括正交相钙钛矿和一新相在内的中间相产物。结构相变行为采用XRD、DSC、高压Raman和XPS进行了表征。结果表明，低于1 000 ℃的热处理不能导致KNb_0.77Al_0.23O_2.77发生结构相交。而在4.49 PGa高压下可能发生了到一新相的结构转变。高温高压处理可以导致另一新相的出现。最后对该立方相的相变机理进行了研究。     

水中高压放电气泡的实验研究

采用高速摄影方法对通过金属丝的水中高压放电所产生的气泡脉动现象进行了实验研究，发 现气泡脉动有以下基本规律：脉动参数主要取决于初始总电能大小，而与电容和充电电压的 具体取值关系不大；实验段脉动参数受池壁的边界效应影响很小. 气泡的脉动机械能占据了 放电总能量的20%—40%，第二次脉动与第一次脉动的能量比也与此接近； 喷射现象是造成 脉动能量减小的主要原因. 关键词： 高压放电 气泡 高速摄影     

High thermal stability of diamond-cBN-B_4C-Si composites

Improving the thermal stability of diamond and other superhard materials has great significance in various applications. Here, we report the synthesis and characterization of bulk diamond–cBN–B_4C–Si composites sintered at high pressure and high temperature(HPHT, 5.2 GPa, 1620–1680 K for 3–5 min). The results show that the diamond, cBN, B_4C,B_xSiC, SiO_2 and amorphous carbon or a little surplus Si are present in the sintered samples. The onset oxidation temperature of 1673 K in the as-synthesized sample is much higher than that of diamond, cBN, and B_4C. The high thermal stability is ascribed to the covalent bonds of B–C, C–N, and the solid-solution of B_xSiC formed during the sintering process. The results obtained in this work may be useful in preparing superhard materials with high thermal stability.     

六角相硼碳氮化合物的合成研究

 以三聚氰胺和氧化硼为原料,利用真空热处理和高温高压技术,对BCN化合物的形成及结构进行了研究。在真空条件下,原料经1 100 K热处理得到非晶BCN的前驱物,将前驱物在5.0 GPa、1 500 K条件下高温高压热处理30 min,合成出了单相的六角BCN晶体。采用Materials Studio软件的Reflex模块对样品的X射线衍射图谱进行分析,结果表明,得到的样品为纯的六角相,晶格常数为a=0.250 5 nm,c=0.665 9 nm。对样品进行了透射电镜（TEM）分析,得到了样品的形貌和电子衍射,同样证实了样品为六角BCN晶体,晶粒尺寸约200 nm。对样品进行了XPS表征,确定了样品中存在C—C、C—N、C—B、N—B键,表明B、C、N三元素之间达到了原子级化合,样品的组分含量通过EDX进行标定。     

基于MOSFET的高重复频率高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高压脉冲电源。该发生器采用多只MOSFET的串联技术,形成高压、高重复频率开关组件。用高压开关组件开展脉冲发生器设计,搭建了一个15只1 kV的高速MOSFET串联的脉冲发生器实验装置,在500 Ω负载上获得前沿小于5 ns、幅度大于10 kV、脉宽约100 ns,瞬态频率达400 kHz的高压脉冲。设计的高压开关组件结构紧凑,可靠性高,可应用于多种脉冲发生器。     

六方MoN的合成新路线

 在高温高压极端条件下利用CH₄Cl还原二氧化钼的方法合成了六方MoN。反应条件为：压力2 GPa,温度1 500 ℃,时间2 h。并利用XRD对合成产物进行了表征。经最小二乘法拟合后结果表明,该合成产物具有六方结构对称性,其晶格常数为a＝0.572 nm,c＝0.560 nm。经过对其衍射峰位和峰强进行拟合计算,并与实验结果进行比较, 结果表明 MoN 产物的空间群为P6₃/mmc,其中Mo原子位于2b (0, 0, 1/4)和6h (x, 2x, 1/4),x＝0.489。N原子位于2a (0, 0, 0)和6g (0.5, 0, 0)。所采用的方法具有反应条件易达到、反应时间短、反应产物单相性好等特点。