Some Recent Advances in Energetic Variational Approaches

In this paper, we summarize some recent advances related to the energetic variational approach (EnVarA), a general variational framework of building thermodynamically consistent models for complex fluids, by some examples. Particular focus will be placed on how to model systems involving chemo-mechanical couplings and non-isothermal effects.     

空气放电非平衡等离子体的模拟计算

基于空气放电非平衡等离子体动力学,对空气放电进行了数值计算,分析了放电后等离子体中的主要粒子（N2(v6),N2(A3),O2(a1),O和O3）数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明,随着初始温度的升高,空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时,放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×7 cm-3,而当温度升高到400 K和500 K时,O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×1010 cm-3和5.51×1010 cm-3。约化场强的影响与温度类似,其中氮气的振动激发态N2(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加,粒子数密度大幅增加,氮分子的激发态N2(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。     

气动激光器喷管非平衡流2维数值仿真

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合,采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J. S. Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好,解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题,对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。     

Mechanisms Involved in the Modification of Textiles by Non-Equilibrium Plasma Treatment

Plasma methods are often employed for the desired wettability and soaking properties of polymeric textiles, but the exact mechanisms involved in plasma–textile interactions are yet to be discovered. This review presents the fundamentals of plasma penetration into textiles and illustrates mechanisms that lead to the appropriate surface finish of fibers inside the textile. The crucial relations are provided, and the different concepts of low-pressure and atmospheric-pressure discharges useful for the modification of textile’s properties are explained. The atmospheric-pressure plasma sustained in the form of numerous stochastical streamers will penetrate textiles of reasonable porosity, so the reactive species useful for the functionalization of fibers deep inside the textile will be created inside the textile. Low-pressure plasmas sustained at reasonable discharge power will not penetrate into the textile, so the depth of the modified textile is limited by the diffusion of reactive species. Since the charged particles neutralize on the textile surface, the neutral species will functionalize the fibers deep inside the textile when low-pressure plasma is chosen for the treatment of textiles.     

Kinetic Phase Transition in A2 ＋ 2B2 → 2B2A Reaction System with Particle Diffusion

A lattice gas model is presented for the A2 ＋2B2 → 2B2A reaction system with particle diffusion in two dimensions. In the model, B2 dissociates in the random dimer-filling mechanism and A2 dissociates in the end-on dimer filling mechanism. A reactive window appears and the system exhibits a continuous phase transition from a reactive state to a ＂B ＋ vacancy＂ covered state with infinitely many absorbing states. When the diffusion of particle B is considered, there are only two absorbing states. It is found that the critical behavior of the continuous phase transition changes from the directed percolation （DP） class to the pair contact process with diffusion （PCPD） class.     

不饱和聚酯/有机蒙脱土复合材料的固化动力学

用动态扭振法研究不饱和聚酯／有机蒙脱土复合材料的固化动力学行为。结果表明该实验体系能够很好地应用Flory理论和Avami方程进行拟合。用非平衡态热力学涨落理论对纳米复合材料的固化作了理论顸估,顸估结果与实验固化曲线有很好的相符性。有机蒙脱土的加入降低了不饱和聚酯的固化反应速率,对固化反应表现活化能和复合材料的形成过程没有很大的影响。根据实验结果分析不饱和聚酯在有机蒙脱土存在下的固化分为定型和熟化两个阶段,在一定的固化温度和填充含量下。从动态扭振曲线上可以明显地观察到这种“二次固化”现象。     

紫罗碱衍生物分子结的电学性质理论研究

本文基于密度泛函(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)的方法,以具有氧化还原中心的紫罗碱衍生物(N,N'-bis(4-thioalkyl)-4,4'-bipyridinium,HS-4V4-SH)功能分子构造Au(111)/S-4V4-S/Au(111)分子结,详细分析了分子在三种价态V、V+和V2+下的电学性质与分...     

超低温高电场下GaAs的电子太赫兹功耗谱的研究

利用自由空间太赫兹电光取样方法,测量了在高电场下,GaAs中受飞秒激光脉冲激发的电子所辐射出的太赫兹电磁波,发现从样品中辐射出的和电子加速度成正比的太赫兹电磁波电场强度E_THz（t）,表现出双极特性.通过分析GaAs中辐射出的太赫兹电磁波的傅里叶变换谱,首次实验上得到在阶跃电场下的GaAs的电子太赫兹功耗谱.研究发现,当电场小于50 kV/cm时,由电子谷间散射引起的负功耗（即增益）的截止频率ν_c,随着电场的增大而增大;当电场大于50 kV/cm时,负功耗的截止频率ν_c开始在750 GHz（10 K）附近饱和. 关键词： 太赫兹 非平衡载流子 功耗谱 谷间散射     

轴对称再入舱模型气动热特性数值模拟研究

应用基于块结构网格的有限体积求解方法,对热化学非平衡环境下轴对称再入舱模型的气动热特性进行了数值模拟。控制方程为带化学反应的多组元轴对称N-S方程,空间离散采用VanLeer迎风格式,时间推进为隐式LU-SGS格式;采用7组元7化学反应模型及Park双温模型模拟再入流场的热化学非平衡效应。对Hollis MP-1模型的气动热特性进行了数值模拟,分别就网格效应、湍流模型、流场的热力学性质对流场的气动力、热环境的影响进行了深入研究。研究结果表明:SST模型与k-w1998模型能更准确地计算再入流场热流峰值的位置与大小;在再入舱模型的局部区域,采用热力学非平衡模型计算的物面压强与热流结果要明显低于热力学平衡模型的结果。     

颗粒介质的结构及热力学

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构, 是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity) 和复杂不可逆过程的根源. 本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联, 讨论了颗粒介质的弹性, 提出了流变应变增量、耦合应变增量和弹性应变增量的应变增量分解方式. 沿用非平衡热力学框架, 引入表征运动无序的动理学颗粒温度T^k和表征弹性应力涨落的构型温度T^c, 作为非平衡态变量, 建立了双颗粒温度热力学(two-granular-temperature thermodynamics, TGT理论), 注重分析了不可逆过程中的热力学力和流, 并与著名的砂土内变量热力学进行了对比.