溶液中晶体生长动力学的MC计算机模拟研究

用蒙特卡罗计算机模拟方法研究了溶液中晶体表面的生长台阶和生长动力学,着重讨论了表面尺寸、表面粗糙度以及溶液过饱和度对晶体生长速率的影响以及相应的生长机制.     

Identification of geometrical models of interface evolution for dendritic crystal growth

This Letter introduces a method for identifying geometrical models of interface evolution, directly from experimental imaging data. These local growth models relate normal growth velocity to curvature and its derivatives estimated along the growing interface. Such models can reproduce many qualitative features of dendritic crystal growth as well as predict quantitatively its early stages of evolution. Numerical simulations and experimental crystal growth data are used to demonstrate the applicability of this approach.     

一种晶体表面水平纳米线生长机理的蒙特卡罗模拟研究

采用动力学蒙特卡罗方法模拟,发现在较低过饱和度流体中对称性破缺的简单立方晶体光滑（001）表面上基于晶核的水平纳米线的生长机理．在此基础上,进一步研究了各向异性的表面上经向和纬向热粗糙度对纳米线形貌的影响,分析了纳米线的生长随时间的变化,并系统讨论了纳米线生长速率与表面经向和纬向热粗糙度、过饱和度、晶面尺寸以及表面扩散作用的依赖关系．     

Ni_(50)Al_(50)合金的液固转变及晶体生长过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术研究了液态Ni50 Al50 合金在不同冷速下的凝固特点 ,模拟采用EAM作用势 ,计算了不同温度 ,不同冷速下Ni50 Al50 的偶分布函数。结果表明EAM作用势能很好地描述液态Ni50 Al50 的无序结构 ,在快速凝固条件下 ,液态Ni50 Al50 形成非晶 ,当冷速较慢时 ,液态Ni50 Al50 形成晶体 ,分析了不同冷速下体系的相变热力学及相变动力学特点。最后采用液固两层构型法 ,清楚地观察到Ni50 Al50 晶体生长的全过程。     

不同晶格基底上薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo（MC）方法模拟研究了四方和六方晶格基底上薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系. 模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程. 结果表明,基底晶格结构对薄膜生长具有明显影响. 当基底温度为300K、入射粒子剩余能量为0时,四方晶格基底上薄膜的生长已经呈现明显的凝聚生长,随着基底温度或入射粒子剩余能量的增加,岛的数目变少、岛的平均尺寸变大. 对于六方晶格基底,当入射粒子剩余能量为0、温度从300K升高到350K时,岛的形貌从分散生长向分形生长转变;当基底温度为300K、入射粒子剩余射能量从0上升到0.05eV时,岛由分散生长向分形生长转变.     

不同晶格基底上薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo(MC)方法模拟研究了四方和六方晶格基底上薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系.模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程.结果表明,基底晶格结构对薄膜生长具有明显影响.当基底温度为300K、入射粒子剩余能量为0时,四方晶格基底上薄膜的生长已经呈现明显的凝聚生长,随着基底温度或入射粒子剩余能量的增加,岛的数目变少、岛的平均尺寸变大.对于六方晶格基底,当入射粒子剩余能量为0、温度从300 K升高到350 K时,岛的形貌从分散生长向分形生长转变;当基底温度为300 K、入射粒子剩余射能量从0上升到0.05 eV时,岛由分散生长向分形生长转变.     

On the structure and volume growth of submanifolds in Riemannian manifolds

The aim of this note is two-fold. First, we investigate the relations between the volume growth of a submanifold and its second fundamental form. In the second part, we discuss the relations between the index of some Schrödinger operators and the structure of a submanifold, and prove some one-end theorems.     

超薄晶体膜生长过程的计算机模拟

建立一种新模型,模拟超薄晶体膜生长过程.通过引入网格和俘获截面的概念来归一化处理错综复杂的原子间相互作用,研究了扩散、衬底温度等因素对GeSi超薄晶体膜生长形式的影响 关键词： 晶体膜 模型 模拟     

Lattice Boltzmann simulation of fluid flows in two-dimensional channel with complex geometries

Boundary conditions (BCs) play an essential role in lattice Boltzmann (LB) simulations. This paper investigates several most commonly applied BCs by evaluating the relative L₂-norm errors of the LB simulations for two-dimensional (2-D) Poiseuille flow. It is found that the relative L₂-norm error resulting from FHML's BC is smaller than that from other BCs as a whole. Then, based on the FHML's BC, it formulates an LB model for simulating fluid flows in 2-D channel with complex geometries. Afterwards, the flows between two inclined plates, in a pulmonary blood vessel and in a blood vessel with local expansion region, are simulated. The numerical results are in good agreement with the analytical predictions and clearly show that the model is effective. It is expected that the model can be extended to simulate some real biologic flows, such as blood flows in arteries, vessels with stenosises, aneurysms and bifurcations, etc.     

氦泡生长实验数据的反演模拟计算方法

介绍了基于“迁移-合并”机理的氦泡生长理论模型与蒙特卡罗模拟方法，还研制了以上述算法为正算方式，对实验数据进行反演的迭代方法.最后应用这些方法对钯中氦泡生长实验数据进行了反演模拟计算，得到了氦泡半径与迁移速率的关系，并对计算结果作了分析.     

道路交通的流体物理模型与粒子仿真方法

针对受多种因素影响的复杂道路交通系统问题,基于颗粒动力学理论,结合传统的Lighthill-WhithamRichards物理模型,建立道路交通系统的流体物理模型,采用无网格粒子与网格相结合的方法进行数值仿真,并应用于典型道路交通问题的求解.在新模型中,将车辆比拟为硬颗粒,车辆的跟车比拟为颗粒间的碰撞相互作用,已知道路情况对驾驶员操作车辆的影响比拟为流-粒两相系统中的外部流体驱动力作用,不同车道间车辆的影响比拟为颗粒间的黏性作用,从而在颗粒动力学理论的基础上,推导建立了道路交通系统拟流体模型;引入光滑离散颗粒流体动力学(SDPH)对车辆系统模型进行离散,建立"SDPH车辆"与真实车辆之间的一一对应关系,再结合有限体积方法,对道路交通构建的双流体模型进行求解,建立求解交通流体物理模型的新型仿真方法.最后,采用所建立的模型和方法对车辆汇入以及机非混合对交通系统的影响过程进行了数值仿真,所得结果与实测值符合较好,表明新的模型和方法有效性好、可靠性高,为道路交通问题的解决提供了一条全新的途径.     

流体控制方程的超声空化泡动力学模拟*

本文基于流体动力学控制方程和VOF模型,在FLUENT 14.5软件环境下对超声空化泡进行数值模拟。首先研究了超声空化泡一个周期内的形态变化,并且利用空化泡形态变化的最大面积、最小面积、膨胀时间、收缩时间等数值结果分析超声参数对空化效果的影响。同时探究了双频超声作用下空化泡运动的变化,计算结果表明:在其他条件相同的情况下,在1~5MPa范围内,超声声压幅值为3MPa时空化效果最好;当超声频率大于20kHz时,空化效果随着超声频率的增大而降低。对于频率相同的双频超声,较声压幅值为其两倍的单频超声有更好的空化效果;对于频率不同的双频超声,空化效果受到频率差的影响。     

三维枝晶生长的相场法数值模拟研究

基于薄界面限制、耦合界面能各向异性的相场模型,采用动态计算区域的加速算法,对纯物质的三维枝晶生长进行了定量模拟,真实再现了枝晶的生长过程.对枝晶尖端进行了剖切分析,表明主枝截面上各向异性没有主枝方向各向异性明显;对枝晶尖端生长速度、尖端半径、Peclet数及临界稳定性参数σ^*进行模拟计算,并与同条件下报道值进行了对比分析,两者符合良好,并得到了与结晶理论相一致的枝晶生长规律,证实了相场方法模拟三维空间枝晶生长可行有效. 关键词： 相场方法 枝晶生长 微观组织 三维数值模拟     

相场晶体法模拟过冷熔体中的晶体生长

利用相场晶体(phase-field crystal)模型,采用有限差分法,模拟了过冷熔体中晶体生长过程,研究了不同相区、不同过冷度对晶体生长过程的影响.结果表明,在共存区中,随着演化的进行,晶体生长被抑制,液-晶边界层逐渐变厚;在单相区中,随着过冷度的增大,晶态区面积显著增加,液-晶边界层逐渐变薄.晶体生长速度和过冷度成近似线性的关系. 关键词： 相场晶体 自由能函数 过冷熔体 晶体生长     

受迫流动下的枝晶生长相场法模拟研究

基于耦合流场和热噪声的相场模型及合理高效的三维动态求解域加速算法,定量模拟了在受迫流动下枝晶的非对称生长及流速对迎流、背流两侧的温度分布和层流层分布的影响.计算结果表明,受迫流动使迎流、背流两侧温度的分布与层流层分布呈现不对称状态,导致迎流侧与背流侧的过冷度不同,而熔体施加于枝晶界面前沿迎流侧的力还不足以抑制过冷度的作用,结果造成枝晶迎流方向优先生长,从而产生倾向于散热方向的倾斜,同时,由于迎流侧的实际过冷度大于背流侧,有利于促进迎流一侧枝晶生长速度以及稳定侧向分枝生长,从而导致了侧向分枝的非对称生长.随     

Jamming I: A volume function for jammed matter

We introduce a “Hamiltonian”-like function, called the volume function, indispensable to describe the ensemble of jammed matter such as granular materials and emulsions from a geometrical point of view. The volume function represents the available volume of each particle in the jammed systems. At the microscopic level, we show that the volume function is the Voronoi volume associated to each particle and in turn we provide an analytical formula for the Voronoi volume in terms of the contact network, valid for any dimension. We then develop a statistical theory for the probability distribution of the volumes in 3d to calculate an average volume function coarse-grained at a mesoscopic level. The salient result is the discovery of a mesoscopic volume function inversely proportional to the coordination number. Our analysis is the first step toward the calculation of macroscopic observables and equations of state using the statistical mechanics of jammed matter, when supplemented by the condition of mechanical equilibrium of jamming that properly defines jammed matter at the ensemble level.     

拓扑半金属材料的单晶生长研究进展

拓扑半金属已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域,这类材料的单晶生长是研究其物理性质的基础.目前,对于拓扑材料的研究已经形成了以理论计算为指引,对潜在的拓扑材料进行单晶制备,并结合物性测量对理论预言加以验证的科研合作方式.在这种科研团队合作中,单晶生长起衔接作用.本文介绍了近年来拓扑半金属材料单晶生长方法,涵盖了拓扑Dirac半金属、Weyl半金属、Node-Line半金属以及其他打破常规分类的拓扑绝缘体及拓扑半金属材料等,并针对各个材料,详细总结了其生长方法.     

Monte Carlo simulation of a confined hard ellipse fluid

The structural and thermodynamic properties of a confined hard ellipse fluid are studied using Monte Carlo simulation. The angular, average number densities and order parameters of hard ellipses confined between hard parallel walls are obtained for various bulk densities, aspect ratios and wall separations. The results show that the effect of the existence of the wall on the molecular fluid structure, either on their directions or their locations, with respect to the bulk, especially close to the walls, is significant. For this system the pressure is also obtained and it is shown that the average density at the wall is proportional to the pressure, βP=〈ρ_w〉. Our simulation results show that the order parameters depend on the number of the particles in the box unless it exceeds thousand.     

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基于磁流体理论利用CIP方法数值对电阻磁流体中的磁岛演化动力学行为进行了长时间模拟。研究发现,磁岛饱和后流体演化并未结束,磁场重联将导致流体的宏观剪切流动。这一物理图象可用于解释托卡马克等离子体L-H模转换过程中观察到的磁流体行为。