压-电场耦合下纳米尺度水输运的MD模拟

运用分子动力学方法构建了纳米尺度的输运模型,针对纳米通道内水分子的流动与传热特性,分析了通道内压-电场耦合下水的速度分布、密度分布、自扩散系数和黏度等流动特性,同时也讨论了温度对通道内热导率的影响.模拟结果表明,速度轮廓从单纯电场驱动的电渗流型开始转变,由于压力的影响,速度分布呈抛物线型,速度随温度的升高而增大；温度的...     

纳米流道内液体特性的分子动力学研究

以非平衡分子动力学方法研究了纳米流道内液体的流动特性,重点探讨上壁面以不同剪切速度运动,下壁面保持静止且在其附近的温度保持相对稳定时,两壁面间液体分子的运动特性及作用机理.模拟获得了不同剪切速度下流体的速度分布、密度分布及温度分布,并分析了速度滑移率、密度分布和最高温度与剪切速度之间的关系.研究结果表明,随着剪切速度的增加,两固体壁面间液体靠近运动平板处的温度呈线性增加,在距离运动壁面0.8倍分子直径范围之内存在着明显的滑移现象,而在这个区域之外,液体分子的速度基本呈线性变化,纳米流道内液体分子密度的非均匀分布和有序化排列结构不受剪切速度的影响,平均剪切应力随着剪切速度的增加而不断增加.     

分子模拟研究不同条件下沥青自愈合规律

采用沥青四组分的方法来确定沥青模型,并通过比较沥青模型的密度和实际沥青的密度,来验证沥青模型的合理性.采用合理的沥青大分子模型建立沥青裂缝模型,并模拟不同条件下沥青自愈合的试验过程.在裂缝模型中加入定量的水分子,用以模拟不同含水率的环境.根据实际的老化沥青中各组分的含量变化,建立老化沥青分子模型,模拟沥青老化对沥青愈合的影响.结果表明:愈合模型在30 ps之后开始稳定;水分子的加入会使沥青自愈过程的扩散系数降低,当含水量大于3%时,水对沥青扩散的影响逐渐稳定;选取Z轴方向上的水分子浓度曲线,当含水率高于3%时,水分子浓度的峰值集中在分子的愈合裂缝处.     

轴向电场对纳米管道中溶液离子径向分布的影响

用分子动力学模拟的方法,研究了轴向外加电场强度对圆柱形纳米管道中NaCI溶液离子径向密度分布的影响.仿真结果表明,纳米管道两端的外加电场强度增大时,系统的瞬时动能增加.离子获得较大的径向动能就可以克服所在位置势能束缚,运动到使原来浓度峰值减小的径向位置,以保证系统的自由能减小,从而导致离子径向浓度峰值变小.壁面电荷密度越小,离子受到壁面电荷的束缚就越小,这一现象越明显.由于离子的径向分布对电渗流有直接影响,因此这一仿真对电渗流的理论研究和利用外电场实现离子分离的纳流体器件的设计具有重要的参考价值.     

介质阻挡微放电过程的二维粒子模拟计算

针对介质阻挡微放电的空间尺度较小以及较难进行实验诊断,利用二维PIC-MCC(质点网格法-蒙特卡罗碰撞)对其放电过程进行模拟研究,得到放电过程中带电粒子密度、电势与电场的分布,以及离子入射角度和入射能量分布.模拟结果表明:带电粒子的密度分布和放电空间中的电势、电场分布相互影响;介质阻挡微放电过程中出现的条纹现象,来源于放电过程中的粒子密度峰分布,与电势和电场分布密切相关;电极介质层附近的离子入射角度和入射能量分布对研究电极寿命极其重要.     

纳米粒子对双亲分子密度分布的影响

采用密度泛函理论研究了纳米粒子对硬墙边双亲分子密度分布的影响。通过组合Rosenfeld的基本度量理论和Schmidt的密度泛函理论,将系统的巨势表示为双亲分子局域密度和纳米粒子局域密度的泛函。结果发现,纳米粒子的加入会促使双亲分子大量向硬墙边聚集。当双亲分子体积分数比较小的时候,纳米粒子的加入会导致双亲分子在硬墙边的分布出现由耗尽到吸附的转变。随着纳米粒子数目的增加,双亲分子在硬墙边的取向具有更强的选择性。     

细胞膜电场分布的一种模式

细胞膜电场分布是决定细胞膜通道开或关的重要参数。多年来对细胞膜的电场分布一直采用简化模式进行计算。本文提出一种更为真实性的模式,进行计算并导出细胞膜两边电场分布的积分解。在此基础上,对细胞膜两边的荷电分子或离子浓度所产生的电荷分布类型进行讨论。计算结果表明,电场分布依赖于膜的结构、离子浓度及温度。对简单的情况,可导出通道类似于一个电阻,通道内的电场分布可用一电路模拟。通道周围的电场可用一电偶极矩等效。     

C70分子的电子传导和量子流分布

利用基于Green函数的Tight-Binding方法, 对由两条原子线电极连接C₇₀分子长轴端点构成的纳米分子传导系统的电子传导进行了理论研究, 得出了入射电子通过C₇₀分子输运到远端点的电子传输谱. 其结果揭示出传导能量变化过程中C₇₀分子的阶跃开关特性, 说明了传输电子与分子能级共振时传输概率峰值的出现以及能级量子化所产生振荡效应. 利用量子流密度理论和Fisher-Lee关系式, 在传输谱出现峰值的能量点E = -0.2 eV处, 计算了C₇₀分子内的量子流分布, 并给出了键量子流的最大值和最小值. 对全部分子键上的量子流数值进行了模拟并以矢量图表示, 还得出了C₇₀分子内量子流分布不均匀的物理原因, 证明了C₇₀分子中量子流的分布符合Kirchhoff量子流守恒定律.     

带电纳米管道对K离子水合作用影响的模拟研究

采用分子动力学方法模拟了三种不同电荷密度的带电纳米管道对钾离子的水合作用产生的影响.模拟以半径为0.678 nm的无限长单壁椅型带电碳纳米管为纳米管道模型,讨论了在三种不同的电荷密度情况下,钾离子和水分子在管中的径向分布,钾离子水合层中水分子的径向分布以及钾离子第一水合层的水分子数.模拟结果表明,在电荷的影响下,钾离子和水分子在管中的径向分布未有明显的变化,而钾离子水合层的水分子的径向分布以及钾离子第一水合层的水分子数却产生了一定的变化.这说明纳米管道上的电荷会对离子的水合作用产生影响.这些发现将对进一步理解生物离子通道对离子可选择性机理和设计纳米流体器件有一定的意义.     

水合镁离子的分子动力学模拟研究

基于水合离子[M(H2O)m]n+的概念,利用Moldy分子动力学模拟并结合分子内相互作用势MCY来研究水中的镁离子.该模拟系统包括一个二价的镁离子和216个水分子,在温度为330K下,计算了系统内不同原子对之间的径向分布函数(RDF),模拟结果和实验值基本一致.而且从其径向分布函数可看出,镁离子的出现并没有使得镁离子周围的第一水化层水分子和第二水化层水分子之间的距离有明显的减少.     

板式电除尘器中粒子谱变化的矩量法估计

采用矩量法讨论了荷电多分散气溶胶粒子谱在除尘通道中的演化特征,得到了粒子在除尘器中的连续分布情况,计算了粒子谱分布随除尘通道长度和板距变化的情况.结果指出,小粒子和大粒子在通道前端即得到捕集;通道中的粒子谱将一直保持进口处的分布形态.模拟结果还发现,除尘通道增加到一定长度后,分级效率将逐渐稳定;而无论板间距如何变化,粒子捕集效率和通道中粒子谱的演化方式都基本上不会发生改变.     

Refinement of primary Si grains in Al–20%Si alloy slurry through serpentine channel pouring process

In this study, a serpentine channel pouring process was used to prepare the semi-solid Al–20%Si alloy slurry and refine primary Si grains in the alloy. The effects of the pouring temperature, number of curves in the serpentine channel, and material of the serpentine channel on the size of primary Si grains in the semi-solid Al–20%Si alloy slurry were investigated. The results showed that the pouring temperature, number of the curves, and material of the channel strongly affected the size and distribution of the primary Si grains. The pouring temperature exerted the strongest effect, followed by the number of the curves and then the material of the channel. Under experimental conditions of a four-curve copper channel and a pouring temperature of 701℃, primary Si grains in the semi-solid Al–20%Si alloy slurry were refined to the greatest extent, and the lath-like grains were changed into granular grains. Moreover, the equivalent grain diameter and the average shape coefficient of primary Si grains in the satisfactory semi-solid Al–20%Si alloy slurry were 24.4 μm and 0.89, respectively. Finally, the refinement mechanism and distribution rule of primary Si grains in the slurry prepared through the serpentine channel pouring process were analyzed and discussed.     

大型球罐X型焊缝焊接过程模拟和应力分析

采用ABAQUS软件,使用平面模型,对大型储罐设备中常用的X型焊缝焊接过程进行了模拟。计算可以给出每道焊接的温度分布和应力分布。同时,焊接过程考虑了焊接后的冷却。在计算模拟后,还给出了整体结构的应力分布和应变能变化曲线。     

一种新的量子密钥分发、认证协议

为了提高量子密钥的分发效率,降低信道要求,并在密钥分发过程中实现身份认证,提出了一种新的量子密钥分发协议,在该协议中载波光子的发送与接收仅由一方完成.该协议只有一条量子信道,通过在量子信道的中段对光子进行偏振调制,可将欲传递的信息附加到光子上;同时,该协议通过通信双方的共享信息进行身份认证,避免了以往同类协议中不安全的经典信道.该协议属于偏振光类型的量子传输协议.当收发均由一方进行时,能有效地提高光子的利用效率,并增强安全性能.     

过滤体结构对柴油机微粒捕集器加热再生过程影响的数值研究

针对车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟方法,对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向分布以及过滤体结构参数对再生过程的影响规律进行数值研究。结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端依次升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;较小的过滤体壁面厚度会增加过滤体前端的再生时间,缩短后端的再生时间;较小的过滤体长度及较大的过滤体孔道宽度都可使整个过滤体的再生时间缩短。研究结果可为微粒捕集器再生过程的优化提供重要的理论指导。     

全啮合同向旋转双螺杆挤出机螺槽中压力分布的研究

应用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程建立了高分子聚合物在双螺杆挤出机螺槽中压力分布的计算模型．分析了喂料量、螺杆冷却方式、螺杆转速等操作工艺参数与螺槽中压力分布的关系，以及压力分布对挤出物质量（即挤出物的物理性质和力学性能）的影响．通过改善螺槽中的压力分布，寻找最佳操作工艺参数，并在此操作条件下进行了实验论证．     

水煤浆气化炉三通道喷嘴气相流场的数值模拟

为研究三通道喷嘴结构对气化炉宏观冷态气相流场的影响,利用计算流体力学软件F luen t对水煤浆气化炉的三通道喷嘴和简单的单通道喷嘴分别在自由射流和受限射流情况下进行了气相流场的数值模拟。通过对两种喷嘴在自由射流和受限射流流场的比较,发现二者的流场非常相似,只是在距喷嘴出口较近处速度分布有明显不同。这说明喷嘴的结构对气化炉宏观气相流场的影响并不如入口速度对气相流场的影响显著。通过对喷嘴附近处径向和轴向速度分布的分析,发现三通道喷嘴外环气流和中心气流有强烈的撞击,这对水煤浆的雾化起到重要作用。     

基于纯不连续马尔可夫过程的频谱感知研究

为解决在连续时间观测条件下认知无线电(CR: Cognitive Radio)频谱感知的问题, 提出一种在纯不连续马尔可夫过程中的频谱感知方法。信道状态在任意时刻可分为空闲和忙碌两种状态, 同时借助纯不连续马尔可夫过程在任意时刻停留的时间服从指数分布性质和富克 普朗克方程, 导出此类过程的状态转移矩阵, 主用户的累计占用时间和主用户在时间域上的分布情况。仿真结果表明, 该方法能较好地完成对信道状态进行预测和对主用户状态进行跟踪的任务。     

边界摩擦对二维堆积颗粒体系几何结构的影响

颗粒体系在受挤压时的受力情况和滑移通道是一个极其复杂的问题。用实验的方法研究了二维晶格堆积的颗粒体系受挤压推进过程中的力学响应和结构变化情况,观察到颗粒体系在受挤压时将出现结构的坍塌和重组行为。依据实验结果,分析了边界上压力的分布、滑移通道和重组结构与边界摩擦因素和堆积角之间的关系;用静力学理论分别讨论了处于边界和中部颗粒不同的受力机制。研究表明光滑器壁较粗糙器壁容易成为颗粒滑移的通道,这种情况下颗粒体系形成的力链不稳定,容易导致结构坍塌;边壁的摩擦不会对器壁不同高度处应力的分布产生显著影响,力链的重组才是导致不同高度处应力重新分布的主要因素。     

EDT毛化轧辊表面凹坑形成过程

针对轧辊表面电火花毛化过程中放电中心温度的变化、凹坑形状与电参数的关系等问题进行了研究.通过分析放电通道形成过程和热流密度分布函数,采用解析法建立了单个脉冲放电通道的热传导模型,并运用积分变换法和有限差分相结合的方法进行了温度场求解.讨论了轧辊表面在不同峰值电流下放电区域中心位置的瞬态温度变化,确立了峰值电流和脉冲宽度与熔化凹坑形状的关系.结果表明,理论计算值与实验结果相吻合,所建模型与采用的方法正确,可用于轧辊表面形貌形成过程的仿真.