三元Co-Cu-Pb偏晶合金的快速凝固组织形成规律研究

在自由落体条件下实现了三元Co-Cu-Pb合金的液相分离与快速凝固. 实验发现,随液滴直径减小,Co₅₁Cu₄₇Pb₂合金液滴发生由枝晶→两层壳核→枝晶组织的转变,Co₄₇Cu₄₄Pb₉合金液滴的组织形态由壳核组织演化为均匀组织. 两种合金的快速凝固组织均由α(Co),(Cu)和(Pb)固溶体三相组成,α(Co)和(Cu)相主要以枝晶方式生长,(Pb)相分布在(Cu)枝晶间. 关键词： 液相分离 偏晶合金 快速凝固 自由落体     

疏水表面蒸发液滴下气液界面形态演化研究

研究蒸发液滴下气液界面的形态演化可为换热表面性能改进提供指导。本文以单个微槽及槽内液滴下气液界面为研究对象,运用能量分析法确定了疏水微槽表面放置液滴下气液界面的初始形态,提出了蒸发液滴上下气液界面同步演变理论,并利用该理论对液滴下气液界面失稳的原因、条件及下气液界面曲率的变化规律进行了探讨。结果表明,放置在疏水微槽表面上的液滴,其初始下气液界面与槽壁形成的微观接触角会介于0和本征接触角之间,在形态上呈现为曲率圆。当蒸发液滴下气液界面与槽壁形成的微观接触角大于一定数值后,会引发液滴下气液界面失稳,失稳后的液滴下气液界面形态受槽壁与水平面夹角的影响较大。     

偏晶合金液-液相分离的格子玻尔兹曼方法模拟

本文建立了一个模拟在弥散相液滴的扩散长大、碰撞凝并和Ostwald熟化等因素的作用下偏晶合金液-液相分离过程的二维格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM) 模型.该模型结合了Shan-Chen的两相流模型和Qin的介观粒子相互作用势模型的优点,并在LB演化方程中引入了反映相变的源项.应用该模型模拟研究了偏晶合金液-液相分离过程中单液滴的生长、两液滴的合并和多液滴的生长规律.结果表明在两液相区中第二相单个液滴的生长是一个通过扩散从非平衡态到平衡态过渡的过程.两液滴合并 关键词： 偏晶合金 液-液相分离 格子玻尔兹曼方法     

偏晶溶液相分离过程的实时观测研究

为了揭示自由落体条件下偏晶合金壳核组织的形成机制，基于相似性原理设计了一种环形温度场，对丁二腈-52.6mol%H₂O偏晶溶液的相分离过程进行了实时观测. 发现在两个不混溶液相的分离过程中，富水相液滴经历了“析出→迁移→凝并→聚集"运动过程，最终形成以富水相为中心的两层壳核组织. 同时测定了液滴的运动速率，并对Marangoni迁移速率进行了理论计算，两者能够较好地符合. 由此证实了在偏晶溶液的相分离过程中，第二液相主要是在温度梯度的驱动下产生Marangoni迁移. 这一实验直观地再现了落管无容器处理过程中液滴内部的相分离过程. 关键词： 相分离 偏晶溶液 Marangoni迁移 微重力     

微观结构尺度对液滴润湿状态的影响

在分析表面微观特征对液滴润湿状态的影响时,尺度效应是无法绕过的前提条件和分析基础。本文以矩形微结构表面液滴为研究对象,通过数值模拟,得到了给定微结构表面液滴在不同液滴半径与矩形微结构宽度比例下的润湿状态。此外,本文还模拟得到了液滴完全浸润矩形微结构的临界接触角及其相对于微结构尺寸的变化规律。结果表明,液滴半径与微结构宽度比越小,液滴下气液界面开始浸润微结构时的临界接触角越大,无重力条件下表面液滴下气液界面的稳定性越差。若重力不可忽略,则液滴半径与微结构宽度比越大,重力的影响越大,表面液滴下气液界面的稳定性越差。     

急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究

研究了Cu-Pb偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成规律，并通过将金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论分析了合金熔体的冷却速率、液固相变时间等物理参量与液相分离之间的相关性. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，熔体的快速冷却对偏晶合金组织形成的影响要比熔体内部液相流动的影响更为显著. 快速凝固使液相分离受到抑制，Cu-Pb偏晶合金均可获得均匀的微观组织结构. 随着冷速的增大，晶粒尺寸明显减小，凝固组织显著细化，晶体形态由粗大枝晶向均匀细小的等轴晶过渡. 提高冷却速率，缩短液固相变时间是重力场中抑制液相分离、获得均匀偏晶组织结构的重要条件. 关键词： 偏晶合金 快速凝固 液相分离 微观结构     

相分离液体在玻璃转变过程中的动力学性质(英文)

近年来,相分离动力学一直受到大家的关注,人们从技术和理论角度进行了研究.一个二元系统从混溶温度开始进行快速冷却,这个过程驱使两个相的形成和生长.这种自发生长过程遵从幂规律R(t)∝t~n,R(t)是在t时刻的相分离域尺寸大小,增长指数n是一个重要的量,有效的反映了相分离域的增长机制.但是对于相分离液体的玻璃转变过程的研究相对较少.本文采用分子动力学(MD)模拟方法,提出了一个新的模型——相分离液体来研究玻璃转变过程.相分离在玻璃转变过程中,过冷液体分离为两个相.我们主要研究了体系的动力学不均匀性.发现两个相的动力学性质是不均匀的,两个相的玻璃转变温度是不一样的.分析得出,相分离液体在玻璃转变过程中存在着一个动力学奇异点.说明相分离可能是引起玻璃转变系统动力学奇异性的一个原因.     

不同重力条件下气/液两相流实验研究

利用俄罗斯“和平号”空间站进行了国际上首次长时间微重力（１０－５ｇ）条件下气／液两相流型实验,并利用实验装置旋转产生的低重力（０．１ｇ和 ０．０１４ｇ）条件进行了低重力对比实验．实验结果和现有模型进行了比较,并通过比较不同重力条件下气／两相流型的特征,得到了两个气／液两相流型非重力依赖性准则。     

急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律

研究了Fe58wt%Sn过偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成特征． 实验发现, FeSn过偏晶合金的急冷快速凝固组织由规则排布的纤维状β-Sn相和分布其间的α-Fe相及少量金属间化合物相组成, β-Sn相的几何排列方向与合金条带表面成0—15°的夹角．根据急冷条件下金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程, 对过偏晶合金的凝固行为和组织形成过程进行了理论分析, 揭示出熔体内部的动量传输对过偏晶合金的液相分离行为具有显著的影响．两相分离发生于液池底部约200μm的急冷区内, 分离的L2液滴在辊面驱 关键词： 液态 相分离 液相流动 快速凝固 晶体生长     

超临界环境下燃料液滴蒸发的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟的方法,研究了超临界压力下正十二烷液滴在氮气环境中的蒸发过程,环境温度覆盖了从亚临界到超临界的范围。研究表明,高压下的蒸发过程相对低压下的经典理论有明显偏离,其蒸发速率不符合D2定律的预测;环境压力和温度均对蒸发速率有明显影响,并且环境压力的提高还会使氮气溶解度和界面厚度显著增大。此外,分析还证明超临界环境下气液界面可能会变为连续相,从而使蒸发过程变成扩散主导的混合过程。     

液—液两相旋流分离的研究

1前言在两相分离中，液一液两相的分离是最困难的。主要是两相密度差较小且物性较为接近，在多相流体手册山等理论参考书中尚没涉及到液一液分离这个领域，随着近海及海上油田的开发生产及环保的要求，人们对油水二次分离提出了更高要求，工业上油水分离多采用浮选和重力沉降的方法，不适于近海及海上油水分离的情况，旋流分离技术具有体积小，重量轻，处理时间短，任意取向，不受振动影响等优点，因而开展低密度差液一液两相旋流分离的研究具有学术意义和工程应用背景。ZI质流程及试验方法工质流程为油水两相均匀的混合物由水箱用泵抽出，…     

基于不可压LBM的汽液两相流数值研究

本文利用格子Boltzmann方法(LBM)研究汽液分离过程与相界面的表面张力,在不可压单相LBM模型与Kupershtokh伪势模型基础上,通过引入Carnahan-Starling状态方程构建了一种单组份汽液两相LBM模型并开发了相应程序。本文采用周期性边界条件,模拟了汽液两相在不同初始密度下的分离过程,得到了两相完全分离的结果。此外,本文模拟了单个液滴从非平衡态到平衡态的演化过程,通过Laplace定律计算平衡态液滴表面张力与液滴半径、温度的关系,结果表明,LBM能较好地计算汽液两相流中的界面动力学问题;利用单组份汽液两相LBM模型与Laplace定律进行计算,结果表明液滴表面张力随温度升高而下降,该结论与实际流体表面张力与温度的关系定性上一致。这进一步验证了本文提出的单组份汽液两相LBM模型的有效性。     

基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟

具有介观特性的格子Boltzmann方法能够准确方便地捕捉相界面细节,在两相流动领域具有广泛的应用前景.本文在简要介绍格子Boltzmann方法的基础上,利用格子Boltzmann方法的颜色模型对四类经典两相流动问题进行了模拟,界面张力的Laplace定律验证、单液滴松弛过程、两个液滴融合过程、水平通道内不混溶液液两相流动.结果表明,液滴界面张力符合Laplace定律;黏性越大,液滴松弛过程越稳定;界面张力越大,液滴融合速度越快;格子Boltzmann方法能够有效描述液液两相流动的界而信息。研究工作为应用格子Boltzmann方法分析两相流动问题奠定了理论基础.     

低温均匀相变的格子Boltzmann方法模拟

文中基于气液两相接触时的传质机理和两相格子Boltzmann理论模型,提出相界面的密度数处于气液相密度数之间,对低温液滴相变进行了模拟研究。在低温状态下,对单个液滴进行了均匀蒸发现象模拟,分析了不同过热度对蒸发速率的影响,并模拟运动液滴的相变。结果表明,所采用的格子Boltzmann方法能够有效分析模拟低温介质的相变。     

低压蒸汽滴状冷凝表面温度分布实验研究

本文利用自组装技术制备了铜基十八烷基硫醇疏水表面(SAM),通过红外热像仪分析了低压条件下液滴表面和换热表面的温度分布以及液滴脱落引起的温度分布演变。实验结果表明:低压蒸汽冷凝条件下,冷凝表面局部温度分布不均匀;单个液滴表面温度呈中心高边缘低的凸型分布;随着液滴半径的增加,液滴表面温度升高;相同操作压力下,随着过冷度的增加,液滴表面温度降低。在液滴脱落过程中,液滴表面温度逐渐升高,同时裸露出的换热表面局部过冷度增大,局部表面温度呈现出中心低周围高的凹型温度分布,随之恢复到液滴脱落前的温度。随着蒸汽压力降低,冷凝临界过冷度增加,导致裸露表面上具有更低温度的中心区域核化点密度高,最终加剧了整个换热表面液滴尺寸分布的非均匀程度。     

平衡接触角对受热液滴在水平壁面上铺展特性的影响

壁面温度是影响壁面润湿性的重要外部条件. 为解决液滴铺展中三相接触线处应力集中问题, 已有研究多采用预置液膜假设, 但无法探究壁面温度对润湿性的影响. 本文针对受热液滴在固体壁面上的铺展过程, 基于润滑理论建立了演化模型, 通过数值模拟, 从平衡接触角角度分析了温度影响壁面润湿性及铺展过程的内部机理. 研究表明: 随温度梯度增大, 液滴所受Marangoni效应增强, 致使液滴向低温区的铺展速率加快; 铺展过程中, 位于高温区的接触线与液滴主体部分间形成一层薄液膜, 重力与热毛细力先后主导该区域的铺展; 当液-固或气-液界面张力对温度的敏感度高于另两个界面时, 低温区方向的平衡接触角不断增大, 使壁面润湿性恶化, 导致液滴铺展减慢; 而当气-固界面张力对温度的敏感度高于其他两个界面时, 低温区方向上的平衡接触角将减小, 由此改善壁面润湿性, 加快液滴铺展; 在温度影响壁面润湿性和液滴铺展过程中, 平衡接触角起关键作用.     

调幅分解及形核对相分离作用机理研究

以SCN-30wt%H₂O, SCN-50 wt%H₂O和SCN-80 wt%H₂O三组透明体系, 在恒温场下实现了形核和调幅分解两种过程; 在此基础上, 施加温度梯度, 研究了第二相液滴的迁移运动规律. 结果表明, 相分离在临界成分体系以调幅分解方式进行, 在另外两种体系中以形核长大方式进行; 调幅分解与形核过程相比, 反应进行得更快, 液滴长大到同一尺寸所需时间仅为形核所需时间的1/3—1/2. 且临界成分体系有更大的不混溶间隙, 所以第二相液滴具有更多迁移时间, 揭示了偏晶体系相分离过程中在临界成分处易获得壳-核组织的内在机理. 在单向温度场中, 测量了不同半径的液滴迁移速率, 并且与理论Marangoni迁移速率值作比较, 发现液滴迁移速率和Marangoni理论迁移速率符合较好. 说明了在较好地抑制自然对流条件下Marangoni迁移对于相分离过程起主要作用.     

充液率对小型重力热管传热特性影响实验研究

开展了矩形槽道铝-乙醇小型重力热管的传热特性的实验研究,分析讨论了充液率对壁面温度分布、气液两相分布、热阻等热管传热性能的影响。研究表明,充液率对高热负荷工况的两相流动状态和传热特性有显著影响。两相脉动是高热负荷工况小型重力热管特有的两相流动现象.低充液率时,液塞易被气流冲破形成环状流,壁面温度几乎无波动。中等充液率时,在蒸汽和液塞的交替冲刷作用下,热管各段壁面温度均表现出脉动特性。高充液率时,液塞脉动速度的减小削弱了液塞对壁面的冲刷作用,壁面温度未出现明显波动.并且,中等充液率工况下气液两相的快速脉动增强了热管的传热性能,使得均温性和传热极限均优于低充液率和高充液率的情况.     

快速凝固Fe62.1Sn27.9Si10合金的分层组织和偏晶胞形成机理

采用自由落体和单辊急冷技术研究了三元Fe_62.1Sn_27.9Si₁₀偏晶合金的相分离和组织形成规律,理论分析了两种快速凝固条件下合金的传热特性.自由落体条件下,由于Marangoni迁移和表面偏析势的作用,液滴凝固组织主要形成富Sn相包裹富Fe相的两层壳核结构.随着液滴直径减小,冷却速率和温度梯度增大,促进偏晶胞快速生长.在单辊急冷条件下,随着辊速的增大,冷却速率从1.1×10⁷增大至6.5×10⁷ K/s,合金熔体内部的液相流动和相分离受到抑制,凝固组织发生"九层结构→两层结构→无分层结构"的转变.同时,凝固过程中FeSn+L₂→FeSn₂包晶反应受到抑制,形成与自由落体条件下不同的相组成.EDS分析显示,αFe相在快速凝固过程中发生显著溶质截留效应. 关键词： Fe-Sn-Si偏晶合金 相分离 快速凝固 溶质截留     

含盐脱硫废水液滴群在低温烟道蒸发特性数值模拟研究

以含盐脱硫废水在某燃煤电厂330 MW机组空气预热器后烟道的喷雾蒸发过程为研究对象,采用离散相模型研究气液两相流动、传热传质和雾化液滴的蒸发,分析了烟气温度、烟气流速、脱硫废水含盐量、液滴直径对蒸发时间,喷雾含水量、蒸发质量的影响。研究表明:含盐脱硫废水蒸发末期,由于水与结晶盐的相互作用,蒸发速率减小;脱硫废水含盐量越高,蒸发越快,盐分由1.0增加至2.0%,蒸发时间减少0.02 s;液滴直径越大,蒸发结晶的固体越大,相同直径下含盐液滴蒸发时间比不含盐液滴蒸发越短;与不含盐液滴相比,液滴直径为60μm时两者完全蒸发时间基本相当,但液滴粒径180μm时,含盐液滴完全蒸发时间比不含盐液滴缩短0.3 s;温度越高,不同含盐量的液滴完全蒸发时间越接近。