界面润湿性及固相体积分数对颗粒粗化动力学影响的相场法研究

利用多相场模型模拟了液-固两相体系中固相颗粒的粗化过程, 分析了界面润湿性及固相体积分数对粗化指数、粗化速率及颗粒尺寸分布的影响.结果表明, 不同固相体积分数下粗化指数基本不变, 但粗化速率常数及尺寸分布与固相体积分数及界面润湿性密切相关.在完全润湿条件下, 随着固相体积分数的增加, 粗化速率常数逐渐增大; 而非完全润湿条件下, 随着固相体积分数的增加, 粗化速率常数增大速度变缓, 且当润湿性较低、 固相分数较大时, 粗化速率常数还将随体积分数的增加而下降. 此外, 模拟结果表明各种润湿条件下颗粒的尺寸分布均随着固相分数增加而变宽, 分布峰值降低, 但非完全润湿条件下峰值下降变缓.模拟结果为理解不同实验观测结果之间的分歧提供了依据. 关键词： 粗化 相转变 相场法 润湿性     

粗化过程中颗粒界面形状演化的三维多相场法研究

利用多相场模型对液-固两相体系中固相颗粒的粗化过程进行了三维模拟,对粗化过程中的界面形状分布进行了统计分析,研究了不同固相体积分数下颗粒连接状态对界面形状演化及粗化速率的影响.模拟结果表明:当颗粒间存在大量连接时,粗化速率随固相分数的变化速率比颗粒无连接时变缓,且随着粗化进行,高曲率的双曲形界面所占比例不断降低,低曲率的椭球形界面所占比例逐渐增多;无论固相颗粒间是否发生连接,界面形状演化经历一定阶段后,三维界面形状分布均呈现自相似性,但随着固相体积分数的增加,界面形状分布呈现自相似性所需的时间延长.     

浆氮制备及其管内流动特性的实验研究

本文对冻结一融化法制备浆氮进行了研究,考查了真空泵抽速及冻结、融化时间对浆氮性质的影响,得到了制备含有细小固氮颗粒浆氮的方法。并研究了浆氮在内径10 mm的水平长直圆管中的流动性质。实验结果表明,当真空泵抽速大于4 L/s且冻结与融化时间分别为10 s与5 s时制备效率高且生成的固氮颗粒直径约1 mm。浆氮在水平圆管内流动时单位长度的压降略高于液相压降,且随流速和固相体积分数的增加而增加,在低速时固相体积分数对流动压降有明显影响。     

固液双相电流变系统流动过程的相转变特性

考虑电流变液多粒子近程相互作用，利用等效平板电导模型，研究了电流变液流动过程相转变点的特性，并设计实验观察了电流变液中的这种相转变现象.研究结果表明，电流变液在一定压力梯度作用下发生流动，此时为双相流；当外加电场达到某一值时，电流变液中颗粒不流动，由固液双相流转变为液体单相流动，发生场控相转变，理论模拟结果与实验观察结果基本相符.阈值电场随外加压力梯度的增加而加大，随颗粒浓度的增加而减小. 关键词： 电流变液 颗粒流 相转变     

双轴压缩下颗粒物质剪切带的形成与发展

本文采用离散元方法,研究了双轴压缩的颗粒体系在刚性边界约束下,局部剪切带的形成和发展过程,注重分析了细观的体积分数、配位数、颗粒旋转角度等参数以及力链结构形态的演变.并从颗粒体系jamming 相图中J点附近的边壁压强和配位数随体积分数的标度规律出发,分析了剪切带内外的体积分数和配位数的变化.结果表明:剪切带形成于颗粒体系的塑性变形开始阶段,此时体系发生剪胀,颗粒体积分数减小,颗粒体系抵抗旋转的能力降低,开始出现细小剪切带,随着轴向应变的继续,细小剪切带发生连接,最终导致贯穿性优势剪切带形成 关键词： 颗粒物质 力链 双轴压缩 剪切带     

气液固三相浆态床流型转变特性的试验研究

建立了高0.8 m,截面为0.1 m×0.01m的可视化浆态床实验系统,采用空气、水和玻璃粉作为浆态床中气液固三相,研究了颗粒粒径为58~75μm和106~150μm,固相体积分数为3%和9%时的宏观流动特性。试验获得了不同物料体系下的床层压降随气体雷诺数的变化规律,同时得到了颗粒浓度对流型转变气速的影响。找到均匀流流型向过渡流型转变的第一转变点和从过渡流型向非均匀流型转变的第二转变点的取值范围。结果表明:三相体系的压差值随着气体雷诺数的增大而趋于一个稳定值,颗粒粒径增大会使体系压差值增大;固体颗粒浓度的增加,会使第二转变点取值减小,而颗粒粒径对流型转变气速影响很小.同相浓度的增加,会加快三相体系的失稳,在更低的气速下进入到非均相湍动流动状态中.     

液-固色谱流动相体积分数层次结构模型与保留值的关系

用液-固色谱流动相"假定"的体积分数层次结构模型,可得到质点团溶解溶质时的体积分数,进而得到共溶剂中溶质的溶解度、固定相上的溶质吸附量,从而推导出多元流动相组成与溶质保留值的关系.如三元流动相与溶质保留值的关联式为:lnk'=φB3lnk'B3 φB2lnk'B2 φB1lnk'B1 φB1(φB20.5 φB30.5)ln(q)(外Ⅱ) φB30.5φB21.0φB11.5ln(q)(外Ⅰ),经实验数据拟合,本式较其他关联式略胜一筹.     

La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3体系电荷有序的建立与融化

用标准的固相反应法制备了La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3(0.00≤X≤0.15)多晶样品.通过对样品磁化强度-温度(M-T)曲线、磁化强度-磁场强度(MH)曲线及ESR谱的测量,研究了Mn位W掺杂对La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3体系的磁相变的影响.结果表明,随着W掺杂量的增加,体系磁相变发生了复杂的变化过程.当掺杂量为0.00≤X≤0.08时,体系存在电荷有序(CO)相,反铁磁(AFM)/C0态共存于相变温度以下,电荷有序温度(Tco)随着W掺杂量的增加而增加.x≥0.12时,体系电荷有序态逐渐减弱并融化,在极低温度下存在顺磁-铁磁(PM-FM)相变.     

La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3(x=0.04,0.08,0.12)体系的电子自旋共振谱研究

用固相反应法制备了La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3(x=0.04,0.08,0.12)多晶材料,测量了样品的p～T曲线及ESR谱,对ESR谱的归一化强度和线宽进行了研究.结果表明:当x≤0.08时,ρ～T曲线出现弯折点,体系出现电荷有序(CO)相,体系随温度降低发生顺磁(PM)-电荷有序(CO)-反铁磁(AFM)变化;当x=0.12时,ρ～T曲线没有出现弯折点,CO相融化,自旋序主要是顺磁(PM),但存在CO相的残留.x≤0.08样品的线宽在高于Tco的温区几乎不随温度变化,体系处在顺磁态,铁磁关联较弱;在低于Tco的温区,电子的局域化程度增强,线宽随温度的降低而增加.     

颗粒数方程的求解及流化床数值模拟

流化床内颗粒聚并和破碎将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉一欧拉气固多相流模型,利用直接矩积分方法求解颗粒数平衡方程,建立颗粒数密度与连续性方程、动量方程之间的关系,数值模拟流化床内两种不同直径颗粒发生聚并时气固两相流动特性。计算结果表明,颗粒聚并伴随着床内颗粒直径逐渐增大,床内颗粒流化状态逐渐变为固定床状态,两种颗粒直径均增加,且小颗粒的体积分数逐渐减小、大颗粒的体积分数增加。当仅考虑聚并过程时增加流化速度将导致床内颗粒体积平均直径变大。随着颗粒密度减小,床内体积平均直径增加。     

玻璃-橡胶混合颗粒的力学响应研究

通过直剪实验和离散元模拟, 研究掺杂了橡胶软球的玻璃体系的力学响应. 改变颗粒固体中橡胶颗粒的含量, 研究体系剪切强度以及剪胀变化等特性, 发现随着橡胶颗粒的增加, 会出现剪胀到剪缩的相转变现象, 且混合颗粒固体的弹性有了很大的提高. 实验研究发现, 随着体系中橡胶颗粒含量的增加, 剪切屈服强度值逐渐减小, 体积发生从剪胀到剪缩的相转变现象, 但临界剪切强度在一定橡胶颗粒含量范围内保持一致; 实验所采取的剪切速率下, 应力应变曲线能较好重合, 即实验处于率无关区域; 混合样品的屈服强度值随正压力的增大而增大. 离散元模拟也得到了上述结果, 另外模拟还发现, 随着橡胶颗粒含量的增加, 颗粒的平均配位数增大; 橡胶颗粒含量和正压力对剪胀-剪缩相转变的位置有影响, 橡胶颗粒含量较小时, 在较大的正压力下易发生相转变现象, 且剪胀-剪缩相转变点对应的平均配位数在5.6-5.9之间; 在橡胶颗粒含量小于30%时, 混合颗粒样品的残剪强度与不掺杂的颗粒体系相近; 大于30%时, 残剪强度随橡胶颗粒含量的增加而减小; 残剪强度随正压力加大而增加.     

高生长速度条件下的“层片↔棒状”共晶转变机理研究

低速生长条件下, 共晶“层片↔棒状”转变只由两相的体积分数控制. 高速情况下, 这种转变有时亦发生, 其转变机理不清楚. 本文应用竞争生长准则, 结合高速生长条件下层片共晶和棒状共晶生长模型研究了生长速度引起的“层片↔棒状”转变机理. 结果显示: 体积分数在临界值附近很小的范围内, 生长速度和溶质配分系数的增大可引起“棒状→ 层片”共晶转变; 而当体积分数远离临界值时, 转变不发生. 生长速度名义上引起“层片↔棒状”共晶转变实际上是由生长速度变化引起的体积分数的变化导致的. 关键词： “层片↔棒状”共晶转变 竞争生长 生长速度 体积分数     

混合弹性颗粒体系声衰减数值模拟

采用概率统计方法——蒙特卡罗方法,建立一种预测液固两相体系中混合弹性球形颗粒声衰减的理论模型。在单颗粒声散射和吸收的基础上,将连续超声波抽象离散化为大量独立的声子,追踪声散射过程,通过统计接收器探测声子数最终确定声衰减系数。采用数值方法对单一球形颗粒的液固两相体系中声衰减进行预测和比较,确定了该方法的可行性后将该方法推广到混合颗粒体系中,对玻璃微珠/铁粉构成的混合颗粒及多分散混合颗粒体系进行数值研究。结果表明:在体积浓度低于10%时,蒙特卡罗法预测得玻璃微珠或铁粉颗粒声衰减和ECAH,Lloyd和Berry,Waterman等建立的模型结果吻合。对于混合颗粒构成的两相体系,算例中,随着体积浓度增大到10%,声衰减系数随混合颗粒数目比的变化呈现出了非线性的变化,同时颗粒物性也会影响不同组分颗粒对声衰减的贡献,算例中铁粉颗粒比玻璃微珠对声衰减的影响更大。      

剪切振动下湿颗粒的力学谱

在恒温25 ℃剪切振动条件下,测量不同水分含量的NaCl湿颗粒体系的力学谱（能量耗散tanφ和剪切模量G）.研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都表现出类似于干颗粒体系的阻塞（Jamming）转变行为.随着体系中水含量的增大,湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ在质量分数约等于11%的临界水浓度下均出现一个峰值,且峰位与应变振幅无关,表明此时颗粒之间主要的作用力发生了变化.     

非线性相互作用的自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的淬火动力学

研究了在二维自旋-轨道耦合的相互作用超冷玻色气体中存在一维光晶格时,超流条纹相到超固相的非平衡动力学.通过研究这一动力学过程中的缺陷(位相空间中的涡旋)及波函数的变化行为,利用涡旋数及波函数的交叠等描述方法,确定了考虑光晶格深度随时间线性变化的量子淬火动力学过程的转变时间.发现在转变时间之前,体系对于淬火过程没有响应.当演化时间超过转变时间后,系统开始迅速响应,涡旋数及体系的波函数开始迅速变化.当演化时间足够长时,系统将达到稳态.另外还发现,在上述动力学过程中,由于体系中自旋-轨道耦合的存在,系统在空间中的密度分布与自旋在空间中的结构始终相伴生,即具有拓扑结构的磁斯格明子(反斯格明子)的中心位置始终与体系密度分布的极小值位置相对应.     

格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程

建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.     

颗粒堆的体积分数与制备流量关系的实验研究

通过实验研究发现,颗粒堆的体积分数随制备颗粒堆的颗粒流流量指数衰减,减小或增加流量到一定程度时,体积分数都达到饱和;出料口直径与颗粒粒径的比值小到一临界值时,随着流量的减小体积分数增加急剧变缓;颗粒粒径小到一临界值时,随着流量的增加,体积分数的减小急剧变缓.结合颗粒物质的强耗散性、空气作用、瓶颈效应和碰撞理论解释了实验现象,从连续性原理出发推出的颗粒堆体积分数随制备流量变化的函数与实验数据的拟合公式相同.     

微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合,研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为,包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形,以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现：当分裂和合并行为达到平衡,并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力,惯性力,管道的润湿性,以及初始体积分数.当表面张力较大时,微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形,此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道,形成段塞流;随着表面张力的减小,形成的气泡或液滴不容易收缩,在微通道内更容易发生变形,出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时,二氧化碳在微通道中的流动为环状流,其它润湿性下,流型为段塞流.体积分数较小时,二氧化碳两相流动的流型为段塞流,体积分数较大时,流型为环状流.     

薄滚筒内二元湿颗粒体系混合行为的离散单元模拟研究

采用所建立的四方程线性弹性-阻尼离散单元模型,同时考虑了液桥力的作用,对填充量为40%、含液量为3%的水平薄滚筒内S型(不同直径颗粒)二元湿颗粒体系混合过程进行了数值模拟,并与同等操作条件下不含液的干颗粒体系的混合行为进行了比较,分析了液体对颗粒体系混合行为的影响. 同时还将计算结果与文献中的实验结果进行了比较. 结果表明,由于湿颗粒间液桥力的牵引作用使不同性质的颗粒不易分离,使部分颗粒聚结成团,减弱了离析作用的影响,使得滚筒内湿颗粒的混合程度高于相同条件下的干颗粒体系,且接触力的分布较干颗粒体系更加均匀. 通过对混合过程的模拟,直观地反映了混合过程中颗粒的微观运动特性和内部的力学结构,为研究湿颗粒体系混合过程机理提供了依据和参考. 关键词： 湿颗粒体系 混合 分离 离散单元法     

La0.3Ca0.7Mn1－xVxO3体系的有序相和再入型自旋玻璃行为研究

通过对La_0.3Ca_0.7Mn_1－xV_xO₃(x=0.05,0.10,0.134,0.20)体系的M-T曲线、ρ-T曲线、ESR谱的测量,研究了Mn位掺V对La_0.3Ca_0.7MnO₃体系电荷序和自旋序的影响.结果表明,当0.05≤x≤0.134时, 体系存在电荷有序(CO)相,其自旋序随温度降低发生顺磁(PM)-电荷有序(CO)-反铁磁(AFM)变化.当x＝0.20时,CO相逐步融化,在40 K发生自旋玻璃转变,表现出再入型的自旋玻璃行为,低温下的基态存在着多种复杂的磁相互作用之间的竞争机理. 关键词： 电荷有序 自旋序 相分离 再入型自旋玻璃行为