超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

磁通格子的有序-无序相变和反向熔化

考虑了无序钉扎、热涨落和磁通互作用, 用Monte Carlo分子动力学模拟方法研究二维磁通格子在无序钉扎强度和温度空间的相图, 以及由布拉格玻璃相到非晶磁通玻璃相和到磁通液体相的有序-无序相变.为了决定磁通格子的序，计算了静态结构因子和磁通格子位形的有限尺寸指数.计算结果表明，Bragg玻璃相在低温的无序磁通玻璃相和高温的磁通液体相之间 , 表现出磁通格子的反向熔化行为.分析后认为，这一反向熔化行为起因于磁通之间互作用的温度效应. 关键词： Ⅱ类超导体 磁通格子 相图 结构因子 反向熔化     

考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.     

金属钨熔化过程的分子动力学模拟

本文使用分子动力学方法对金属钨的熔化过程进行了数值模拟,分析了钨在熔化过程中的结构、系统内能变化以及表面熔化过程固-液界面变化情况,初步分析了表面熔化现象的机理。模拟过程采用嵌入原子模型(EAM)描述原子间相互作用,模拟结果表明,嵌入原子模型适合于计算固-液相变过程,表面熔化过程是由表面处最外层原子的不稳定性触发的。对于均匀熔化过程,晶体在4700 K下发生固-液相变;对于表面熔化过程,计算获得了不同温度(3800～4800 K)下的熔化速度,拟合出熔化速度公式,得到的表面熔化热力学熔点与已有实验结果基本符合。     

Na(n)(5<=n<=10)小团簇相变

采用紧密结合的分子动力学模型,对Na(n)(5<=n<=10)小团簇的键长涨落、势能、热容量等熔化性质在50K到1500K温区进行了模拟研究,结果表明：它们发生两次相变,一种在230K到300K的温度范围内,依次有块体玻璃态转变;一种在550K到870K温度段,依次经历了熔化相变.同时也得到随着团簇体系的减小,势能由下向上排列的曲线,即体系的势能由低变高.     

纳秒尺度金属熔化相变数值模拟及实验验证

本文基于非均匀成核相变动力学理论和热传导方程研究了在极快速升温(10¹²K/s)条件下金属达到过热状态后发生熔化相变时,通过金属/光学窗口界面温度的演化历史研究了金属内部温度的变化情况.分析结果表明,当金属内部无熔化发生时,界面温度将很快达到平衡,此变化满足理想接触界面模型;而当金属内部有熔化发生时,界面温度受熔化速率的影响不能立即达到平衡而是经历了一个下降的弛豫过程.计算结果与实验观测结果进行比较后发现两者符合得较好,由此可以获得金属在高压下的熔化速率,熔化温度等相关信息.本文的研 关键词： 相变动力学 热传导 金属铁 冲击波     

Nan(5≤n≤10)小团簇相变

采用紧束缚的分子动力学模型,对Nan(5≤n≤10)小团簇的键长涨落、势能、热容量等熔化性质在50 K～1500 K温区进行了模拟研究,结果表明:它们发生两次相变,一种在230 K～300 K的温度范围内,依次有块体玻璃态转变;一种在550 K～870 K温度段,依次经历了熔化相变.同时也得到随着团簇体系的减小,势能由下向上排列的曲线,即体系的势能由低变高.     

液晶胆甾相中的分子短程关联

向列相液晶的二粒子集团理论被推广应用于研究胆甾相二维模型.手征性分子固定在三维简单立方晶格的格点上,而分子取向限制在二维.理论结果表明,平衡态螺旋波矢依赖于温度的变化,且存在胆甾相到向列相相变.通过考虑分子间短程关联,二粒子集团理论的数值结果较平均场理论更接近Monte Carlo模拟结果.     

一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究

在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm³,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值. 关键词： 重玻璃 冲击温度 卸载声速 冲击相变     

CaF2熔化温度的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下CaF2的熔化温度,同时计算了温度为300K、压强上升到100GPa时CaF2 的状态方程.研究中考虑了分子动力学模拟的过热熔化,通过晶体的现代熔化理论,对CaF2 的分子动力学模拟熔化温度进行了修正, 获得了高温高压下CaF2的熔化温度.因此,常压下壳层模型分子动力学方法为研究物质熔化提供了一个很好的方法.     

高能激光武器目标打击的多物理场系统仿真

由于高能激光武器破坏目标的瞬时性、反应的复杂性以及测试成本高昂,使得通过实验评估激光武器的毁伤威力具有很大难度,因此,通过数值模拟的方法对其毁伤威力进行建模仿真可以有效评估其攻防性能。在计算温度场时考虑了相变情况下材料导热率的变化以及材料熔化时熔化潜热对温度场的影响,建立了相应的位移场、应力场数理模型并进行模拟。将多物理场模型整合到仿真系统中,对激光武器打击目标的过程进行了系统仿真,模拟出不同工况下高能激光武器对目标的毁伤效果。仿真结果表明,激光辐照Al材料3.01 s时,激光实时功率密度为0.930 8 W/cm2,材料外壁面温度达到600℃,内壁面温度为352.522℃,此时材料表面刚刚达到熔化,但其所受应力已使材料发生脆性断裂,材料已被破坏。     

壳层模型分子动力学在CaO研究中的应用

利用壳层分子动力学方法结合有效的对势,研究了高压条件下CaO的熔化曲线。研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛压强范围内CaO的状态方程。研究中考虑了分子动力学模拟熔化存在的过热现象,通过晶体的现代熔化理论,对CaO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,获得了高温高压下CaO正确的熔化温度。因此,常压下引入壳层模型的分子动力学为研究物质熔化提供了一个很好的方法,这种方法可进一步推广到其它物质的高压熔化研究中。     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

非稳态人口温度下相变材料蓄热性能研究

太阳能辐射强度随时间发生变化,造成蓄热单元入口处传热流体温度呈现非稳态变化。为了分析非稳态的入口温度对相变材料蓄热特性的影响,假设传热流体入口温度1 h内随时间呈线性变化,并且1 h内的平均温度恒定在60℃。讨论了入口温度随时间线性增加及线性降低两种变化形式,对相变材料的熔化速率、熔化分数、蓄热量、固液界面位置等参数的影响。结果表明,当1 h内平均入口温度不变,而初始入口温度在30～90℃的范围内变化时,随初始入口温度增加,尽管熔化速率增加,熔化时间从42.75 min减小到20.58 min;但1 h内的总蓄热量却从72.6 kW减小到45.3 kW。     

C60分子在有序-无序和玻璃态相变间的取向概率与弛豫行为

用极限动力学模型研究了C60分子在有序-无序相变和玻璃态相变温度区间取向角为98°和38°的取向概率与温度的关系.计算结果在玻璃态相变点附近的85!K,90!K和有序-无序相变点的260!K分别与实验值相吻合,取向概率对实验值更精确的拟合及其对温度的二阶导数预言玻璃态相变点在84!K.导出了弛豫规律,其结果表明:双能级的C60分子从非平衡态到平衡态的弛豫行为与非指数因子β有关,其总的弛豫时间决定于其中一个较短的弛豫时间,展宽指数形式保持不变.讨论了KWW方程的非指数因子β与分子间协同作用的关系,发现与双取向态间的能级差有关,计算值与实验结果相同.     

固体热容激光器冷却方式的数值模拟

 固体热容激光器连续运转一段时间后，需要进行冷却，以进行下一次运转，因此冷却速度直接影响着热容激光器运转的效率和实用性。从热传导方程出发，以沉积热为内热源模型，利用有限元分析方法对激光二极管阵列从4个方向对称泵浦的板条Nd:GGG激光介质的温度场和和热应力场进行了数值模拟。并对冷却阶段分别采用过冷气体、水循环、喷雾、相变冷却方式时的介质温度和应力随时间变化过程进行了模拟。结果表明在相同条件下采用相变冷却方式能在较短时间内将介质冷却到初始温度。     

氟锆酸盐玻璃光纤的研制

本文介绍聚全氟乙丙烯包皮的氟锆酸盐(ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF)玻璃光纤的制备方法.研究了各种工艺因素对氟锆酸盐玻璃和光纤散射损耗的影响.结果表明,选择适当的熔化温度和均化时间,玻璃熔化和光纤拉制时环境中低的水含量是制得的损耗氟锆酸盐玻璃光纤的关键;配合料中引入适量NH_4HF_2,选用温度结构合理的拉丝炉及拉丝工艺也有助于降低光纤的损耗.在此工作基础上,获得了波长2.32μm处损耗为0.24dB/m的氟锆酸盐玻璃光纤.     

C60分子在有序-无序和玻璃态相变间的取向概率与弛豫行为

用极限动力学模型研究了Ｃ₆₀分子在有序-无序相变和玻璃态相变温度区间取向 角为98°和38°的取向概率与温度的关系.计算结果在玻璃态相变点附近的85K,90K和有序- 无序相变点的260K分别与实验值相吻合,取向概率对实验值更精确的拟合及其对温度的二阶 导数预言玻璃态相变点在84K.导出了弛豫规律,其结果表明：双能级的Ｃ₆₀分子从非平衡态到平衡态的弛豫行为与非指数因子β有关,其总的弛豫时间决定于其中一个较 短的弛豫时间,展宽指数形式保持不变.讨论了KWW方程的非 关键词： 60')" href="#">Ｃ₆₀ 取向概率 非平衡态弛豫     

相变微胶囊单体熔化传热过程研究

本文以石蜡为壳芯、脲醛树脂为囊壁的单个相变微胶囊颗粒为研究对象,运用显热容法对该相变胶囊熔化传热过程进行了数值模拟研究,得到胶囊内部结构等因素对胶囊相变换热过程及相界面移动的影响规律。结果表明增大斯蒂芬数和相变温度半径以及减小胶囊粒径均可使相变材料熔化速率提高;囊壁厚度及囊壁导热系数的变化会对相变过程带来一定的影响,但存在一界限值;相变材料的相变潜热大小对相变过程有着显著影响。     

二氧化钒薄膜的变温红外光学特性研究

基于二氧化钒在约68℃出现的半导体到金属的可逆相变,伴随有电学和光学特性的改变。因为相变机制的复杂性,很难从理论上推导出相变前后光学常数随波长和温度变化的解析表达式。研究了二氧化钒薄膜的折射率和消光系数的色散规律,借助于Sellmeier色散模型通过数值拟合,得出了二氧化钒变温的光学常数色散表达式。通过薄膜矩阵理论计算,获得了在不同温度和波长条件下的薄膜光学透射率和反射率。采用磁控溅射方法分别在玻璃、蓝宝石和二氧化硅衬底上制备了不同厚度的二氧化钒薄膜,测量了这些薄膜的光学透射率和反射率,结果表明,实验曲线与计算模拟曲线符合得很好。