DSC研究单个纯Sn微滴过冷度的尺寸效应

利用差示扫描量热仪, 对纯Sn单个微米微滴凝固过冷度的尺寸效应进行了研究. 用于测试的纯Sn微滴通过溶剂包裹重熔液淬法制备. 由于在一系列连续的加热冷却过程中, 测试的单个球形微滴的形状基本保持不变, 使得研究微滴尺寸对过冷度的独立影响成为可能. 结合热力学数据, 采用经典形核理论进行计算, 发现单个金属微滴凝固过冷度随微滴尺寸减小而增大, 与实验结果一致.     

落管中Ag60Sb34Cu6三元合金的快速凝固机制

采用落管无容器处理技术实现了直径为60~800 mm的Ag₆₀Sb₃₄Cu₆三元合金液滴的快速凝固, 对其凝固机理进行了理论探索. 随着液滴尺寸的减小, 冷却速率从57 K/s增大至5.8×10⁴ K/s, 最大过冷度达180 K(0.23T_L), 初生ε(Ag₃Sb)枝晶发生了显著细化, 直至形成均匀的等轴晶. 实验结果表明, 深过冷条件使得(ε+ Ag)二相共晶在小液滴中难以生成, 同时初生e相中Ag的固溶度随液滴过冷度的增大显著增大. 根据差热分析与晶体生长形态, 提出了合金液滴在不同过冷度下的两种凝固方式.     

三元Al-Cu-Si共晶合金的深过冷与快速凝固

在常规凝固条件下, 液态铝合金由于容易氧化而难以达到深过冷状态. 本文采用熔融玻璃净化法并结合循环过热实现了液态Al_80.4Cu_13.6Si₆三元共晶合金的深过冷和快速凝固, 研究了实验过程中一定冷却速率下合金熔体过热度与过冷度的相关规律, 获得的最大过冷度为147 K (0.18T_E). 不同过冷条件下三元共晶均由α(Al)固溶体、(Si)半导体相和θ(CuAl₂)金属间化合物三相构成. (Al+Si+θ)三元共晶中, (Si)小平面相独立生长, 非小平面相(Al)和θ相以层片方式协同生长. 在小过冷条件下, 只有(Al)固溶体作为领先相形成. 当过冷度超过约73 K时, (Si)相能够领先形核并生长为初生相. 小过冷时合金的凝固组织由初生(Al)枝晶、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成; 大过冷时则主要由初生(Si)块、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成. 随着过冷度的增大, 凝固组织中初生(Al)枝晶的体积分数减小而初生(Si)块的体积分数增大.     

声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si合金的快速凝固

在声悬浮和强激光加热相结合的条件下,实现了三元Al-27%Cu-5.3%Si合金的无容器快速凝固,最大过冷度达到195K(0.24TL),冷却速率为76K/s.金相分析表明,凝固组织由(Al+θ+Si)三元共晶和(Al+θ)二相共晶组成.在声悬浮条件下,(Al+θ+Si)三元共晶显著细化,(Al+θ)二相共晶的组织形态丰富.在试样表层区域,表面振荡促进3个共晶相的大量形核,声流有效提高了凝固过程的冷却速率,三元共晶的晶粒尺寸显著减小.随着合金试样温度的升高,悬浮间距和谐振间距均不断增大,且悬浮间距总是大于谐振间距.在声辐射压的作用下,试样变形为中心内凹的饼状,变形程度随声压的提高而不断增大,最大半径比为6.64,对应最大悬浮声压为1.8×104Pa.     

Cu-Ge包晶合金中ζ相的形成规律研究

在Cu-14%Ge, Cu-15%Ge, Cu-18.5%Ge及Cu-22%Ge合金的深过冷实验中研究了z相的的快速生长, 四种合金分别获得202 K(0.17T_L), 245 K(0.20T_L), 223 K(0.20T_L)及176 K(0.17T_L)最大过冷度. 随合金中Ge含量的增大, 小过冷样品的凝固组织发生“α(Cu)枝晶+包晶相ζ→包晶相ζ→ζ枝晶+(e+ζ)二元共晶”的转变. 大过冷样品的凝固组织则发生“碎断α枝晶+包晶相ζ→包晶相ζ→ζ枝晶+ε相”的转变. 对包晶相ζ中Ge含量进行X射线电子能谱分析, 证实深过冷扩展了α枝晶的固溶能力, 从而使ζ相中Ge含量随过冷度的增大而减小. 由包晶相ζ组成的Cu-18.5%Ge合金中由于深过冷抑制了ζ相在晶粒交汇处的成分扩展, ζ相的Ge含量随过冷度的增大而增大.     

声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si 合金的快速凝固

在声悬浮和强激光加热相结合的条件下, 实现了三元Al-27%Cu-5.3%Si 合金的无容器快速凝固, 最大过冷度达到195 K (0.24 TL), 冷却速率为76 K/s. 金相分析表明, 凝固组织由(Al+θ+Si)三元共晶和(Al+ θ)二相共晶组成. 在声悬浮条件下, (Al+θ+Si)三元共晶显著细化,(Al+θ)二相共晶的组织形态丰富. 在试样表层区域, 表面振荡促进3 个共晶相的大量形核, 声流有效提高了凝固过程的冷却速率, 三元共晶的晶粒尺寸显著减小. 随着合金试样温度的升高,悬浮间距和谐振间距均不断增大, 且悬浮间距总是大于谐振间距. 在声辐射压的作用下, 试样变形为中心内凹的饼状, 变形程度随声压的提高而不断增大, 最大半径比为6.64, 对应最大悬浮声压为1.8×10⁴ Pa.     

自由落体条件下的快速偏晶凝固

采用落管方法实现了Ni-31.4%Pb偏晶合金在微重力和无容器条件下的深过冷和快速凝固. 理论计算表明液滴下落过程中获得的过冷度与其直径呈指数函数关系, 实验中获得了241 K(0.15 T_m)的最大过冷度. 发现随过冷度的增大, 偏晶胞组织在整个试样中的体积分数增大, 且L₂(Pb)相显著细化. 对L₂(Pb)相和α-Ni相的形核率进行了理论计算, 结果表明偏晶转变过程中L₂(Pb)相总是领先形核相.     

压力对锗的固化动力学的影响

锗是一种典型的共价型物质,研究其过冷与固化特性具有特别的意义.Devaud和Turnbull曾以B_2O_3作为助熔剂,研究了晶粒结构与过冷度的关系.当过冷度小于300K时,其晶粒尺寸大于100μm;随着过冷度的进一步增大,晶粒尺寸显著减小,在过冷度达到400K时,晶粒尺寸减小到10～20μm左右,但仍未形成非晶相.早在60年代初,人们就发现了锗在常温高压下能发生多种固态相变.但是,对液态锗在压力下固化后的微结构研究却未见报道.     

落管中Cu-Sb合金的深过冷与快速枝晶生长

采用落管方法实现了Cu-20%Sb亚共晶合金在无容器条件下的快速凝固。随着液滴直径的减小，过冷度逐渐增大，初生Cu枝晶发生组织细化。实验中获得了207K的过冷度，最大过冷度达到0．17TL.理论分析表明，由于这合金具有较宽的凝固温度间隔，初生Cu枝晶的快速生长始终受溶质 扩散控制，根据对Cu-Sb合金相图中T0线的计算，揭示出发生偏析凝固的临界过冷度为△T0=474K。在最大过冷度207K时，初生Cu相的生长速度达到37mm/s，发生了显著的溶质截留效应.     

NaCl对骆驼刺幼苗生长、生理和离子分布特性的影响

结合塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围地下水盐分含量,于2006年8~10月在策勒绿洲前沿实验研究了一年生骆驼刺幼苗在不同NaCl处理条件下的生理响应和适应性,探讨了NaCl对骆驼刺幼苗生长状况的影响.研究结果表明:随着NaCl处理浓度的增加,骆驼刺幼苗的水势和净光合速率降低,气孔导度和胞间CO2浓度也表现出相似的变化规律,而气孔限制值则随处理浓度的增加而增大;骆驼刺幼苗的生物量随NaCl处理浓度的增加而显著减少.NaCl处理50天,Na+在骆驼刺幼苗体内各器官的含量基本为:小枝>茎>叶>根,Cl-在骆驼刺幼苗体内的分布为:地上部分>根.NaCl处理50天,水势降低造成的气孔限制仍然是影响骆驼刺幼苗光合作用的主要因素;随着NaCl处理时间的增长,骆驼刺幼苗的水势和净光合速率总体呈下降趋势;处理50天,150和250mmol·L-1处理水平下骆驼刺幼苗的清晨水势略高于处理30天,这可能是骆驼刺幼苗对盐环境有一定适应的结果.3个NaCl处理水平下,骆驼刺幼苗从处理30天到50天保持较稳定的生长,其根冠比随处理时间的延长而增大,但增加的幅度不尽一致,150和250mmol·L-1处理水平下的根冠比相比50mmol·L-...     

低压蒸汽滴状冷凝中液滴脱落滞后效应

利用界面结构效应实现蒸汽滴状冷凝对能源动力系统的高效化和集成化具有至关重要的作用.深入认识液滴动态特性对传热性能的影响有利于探究低压蒸汽冷凝中传热控制机理和研发高效紧凑的传热强化技术.本文系统地研究了蒸汽滴状冷凝中液滴脱落特性,提出了低压蒸汽冷凝液滴脱落滞后效应.随着蒸汽压力降低,冷凝液滴黏度增加,引起自身脉动特性下降,接触线移动受阻,接触角滞后现象明显,导致脱落尺寸明显增加而脱落速度大大降低.与常压蒸汽冷凝中液滴的快速启动连续下落不同,低压蒸汽冷凝中液滴长至脱落尺寸后表现出了"阶跃式"下落的现象,即液滴脱落滞后效应.在液滴整个生命周期中,低过冷度时液滴生长速度控制着传热过程,而高过冷度时液滴脱落滞后延缓了表面更新,降低了有效换热面积,成为了控制传热过程的因素.通过液滴脱落效应解释了传热通量随过冷度非线性增加现象的内在机理,明晰了蒸汽冷凝传热控制机制,为低压蒸汽冷凝传热强化指明了方向.     

冷冻浓缩过程冰晶夹带溶质浓度分布模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成该技术推广使用受限制的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数学模型,耦合溶质场,从微观上模拟冰晶形貌演变,分析冰晶夹带溶质浓度分布规律.探讨模拟结晶时间、过冷度及模拟初始温度对冰晶夹带浓度分布的影响.结果表明:模拟结果与实验相符合.随着模拟结晶时间的延长,冰晶固液界面的溶质浓度增大,造成溶质夹带增加;过冷度小,溶质扩散率大,冰晶中溶质浓度小,过冷度越大,溶质向液相中扩散越不充分,冰晶中溶质浓度越大;模拟初始温度高,冰晶浓度分布小,模拟初始温度低时,其溶质浓度增大.适当控制这3种因素将减少冰晶的夹带率,降低冷冻浓缩过程的可溶性固形物损失.     

四元Ni基合金中的快速枝晶生长

采用熔融玻璃净化法与电磁悬浮无容器处理技术实现了Ni-10%Cu-10%Fe-10%Co四元合金的深过冷与快速凝固, 实验获得样品最大过冷度为276 K(0.16T_L). 差示扫描量热(DSC)分析与X射线衍射(XRD)分析表明, 所有凝固样品的组织均为α-Ni单相固溶体. 随着过冷度的增大, 合金显微组织由枝晶转变为等轴晶, 并显著细化. 深过冷条件下溶质截留效应增强, 微观偏析程度减小. 对不同过冷度下的枝晶生长速度进行了实验测定, 结果表明V和ΔT 之间存在指数函数关系: V=8×10^−2ΔT^1.2. Cu, Fe, Co三种溶质元素的引入显著提高了合金枝晶生长速度.     

利用纳米粒子强化微乳液体系HCFC141b 水合物的生成

快速有效的促晶方法是实现气体水合物蓄冷技术的关键. 从增大一氟二氯乙烷(HCFC141b)和水的互溶度和相界面出发, 制备了HCFC141b 微乳液, 对比研究了HCFC141b微乳液和HCFC141b/水粗混合体系中的HCFC141b 水合反应诱导时间和过冷度, 分析了水合物生长特征; 在此基础上利用纳米粒子强化传热的特点, 考察了混合体系中添加纳米Cu 粒子和纳米Al₂O₃ 粒子对水合反应的影响. 结果表明, 微乳液体系内快速均匀地生成大量水合物晶体, 水合反应诱导时间比在乳浊液和不含表面性剂的粗混合体系中分别缩短36%和52%. 将纳米粒子加入微乳液体系可降低反应过冷度, 但是对粗混合体系和乳浊液中的反应过冷度无影响. 微乳液体系内添加0.1 wt%纳米Cu 粒子后水合反应诱导时间缩短29%, 过冷度降低39%.将微乳液体系和纳米粒子相结合形成的纳米流体可有效促进制冷剂气体水合物的生成.     

Cu-Ni单相合金的深过冷定向凝固过程研究

利用过冷度的遗传性 ,提出将合金熔体深过冷与传统定向凝固相结合的深过冷定向凝固 (SDS)技术 ,并在自制的实验装置上 ,对SDS技术进行了探索性研究 ,实现了Cu Ni合金的深过冷定向凝固 .结果表明 :( 1 )SDS技术获得的定向生长组织与LMC (GL=2 5K/mm ,V =5 0 0μm/s)法相当 ,且一次枝晶间距约为 30 μm ,二次分枝被抑制 ,一次枝晶主干挺直、细密 ,与试样轴向偏差约为 5 .8°;( 2 )建立了描述SDS过程过冷度与凝固速率之间的数学模型 ,即T T模型 ,利用此模型可以解释SDS试样上微观组织的演化情况     

非均匀热流下R245fa/R134a两相流型及换热特性

针对有机工质在非均匀热流边界条件下的气液相变问题,基于质量分数配比为0.7:0.3的非共沸工质R245fa/R134a,建立了非均匀热流下10 mm内径水平管内的两相流动沸腾换热实验系统.实验工况为质量通量175～373kg/(m~2s),热流密度9.95～47.57 kW/m~2.利用高速摄像仪和图像处理技术,对观察到的泡状流、塞状流、分层流和环状流4种流型进行了灰度值分析,并分别绘制了非均匀加热和均匀加热时的流型图.基于流型分析了干度、质量通量、热流密度和饱和温度对两相换热系数的影响,并将实验数据与4种现有关联式进行对比.结果表明,在相同的加热量下,相比于均匀加热条件,非均匀加热条件下流型由间歇流转变为环状流时的初始干度更低;换热系数在低干度区随干度变化较小,而在干度较高的环状流区域随干度增大而增大.此外,换热系数随质量通量、热流密度增大而增大,而饱和温度对对流沸腾区换热系数的影响不大,对核态沸腾区有一定影响.在非环状流区域4种换热关联式的预测能力都表现较差,而在环状流区域SunMishima关联式的预测精度相对最高.     

关于Plato热分析法应用于过冷熔体引起的误差

Plato热分析法(冷却曲线法)是测定晶化热的一种简便方法,曾有许多人应用。我们在合成云母的研究工作中,曾用此法测定晶化热,发现熔体在不同过冷度下结晶时,其晶化热有显著差别。图1是对氟金云母的同一个试样在不同过冷度下结晶时测得的Plato曲线和晶化热,测定方法见文献。由图可见,这种方法应用于过冷熔体显然是不适宜的。下面讨论用Plato法测定过冷熔体晶化热引起误差的原因,以及为验证它而进行的实验结果。 Plato是根据图2中以虚线表示的热分析曲线推导出了如下的晶化热计算公式:     

异丁醇-空气层流燃烧速率的测定

在定容燃烧弹上, 利用纹影摄影法和球型发展火焰测量了不同燃空当量比, 初始压力和初始温度下异丁醇-空气预混火焰层流燃烧速率. 通过对异丁醇-空气拉伸层流火焰传播速率与拉伸率的关系的分析, 获得了无拉伸火焰层流燃烧速率和马克斯坦长度. 并结合火焰纹影照片分析了火焰传播的稳定性及其影响因素. 结果表明: 随着初始压力的增加, 层流燃烧速率减小; 随着初始温度的增加, 层流燃烧速率增加. 对于给定的初始温度和初始压力, 当量比为1.2处时层流燃烧速率最快. 异丁醇-空气混合气的马克斯坦长度随当量比的增加而减小; 在当量比一定时, 随初始温度和初始压力的增加而减小, 火焰不稳定性随当量比、初始温度和初始压力的增加而增加.     

气体微通道流动的传递特性

采用微观的拟颗粒模型研究了努森数在0.01~0.20范围内气体微通道流动的速度和温度分布. 发现速度分布主要受努森数和所加外场力的影响, 随努森数增加, 壁面滑移速度先增后降, 而温度分布也受外力场的显著影响. 达西(Darcy)摩擦因子随努森数增大而增大, 而它随马赫数的变化与所谓层流向湍流转捩提前的趋势相似.     

自由落体条件下的快速共晶生长

采用落管方法实现了Sb-24%Cu合金在微重力和无容器条件下的快速共晶生长。对自由落体条件下的晶体形核和共晶生长进行了研究，发现随着过冷度的增大，共晶生长由层片共晶向不规则共晶转变。实验中获得了0-154K的过冷度，最大冷度达到0.19TE。计算结果表明，金属间化合物Cu2Sb是领先形核相；当过冷度大于40K时，Sb枝晶的生长速度将超过共晶生长速度；此共晶体系的共生区强烈地偏向于Cu2Sb一方，其成分落轩为23.0%-32.7%Sb。