多元合金非平衡凝固溶质分配模型

实验研究和生产中广泛采用多元合金(二元以上)。因此研究多元合金溶质分配模型具有重要意义。文献[1,2]报道了二元低合金快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型。但有关多元合金凝固过程中溶质的分配模型至今未见报道。本文从理论上建立了非     

金属快速凝固理论及材料制备方法

快速凝固技术是近年来得到广泛发展和应用的新型材料的制备技术,其特点是具有较高的冷却速率和明显的非平衡效应,文章讨论了金属非平衡凝固过程的原理与方法,并对非平衡凝固技术在制备新材料中的应用作详细介绍.     

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.     

金属快速凝固理论及材料制备方法

快速凝固技术是近年来得到广泛发展和应用的新型材料的制备技术，其特点是具有较高的冷却速率和明显的非平衡效应，文章讨论了金属非平衡凝固过程的原理与方法．并对非平衡凝固技术在制备新材料中的应用作详细介绍。     

非平衡溶剂化理论的比较修正和应用

澄清了当前非平衡溶剂化理论中存在的问题. 根据新推导的非平衡溶剂化自由能表达式, 建立了电子转移溶剂重组能和光谱溶剂化移动的普适表达式. 重新推导了不同于Marcus结果的双球模型近似下的溶剂重组能表达式. 分别从非平衡溶剂化的普适表达式和反应场自能的正确表示出发, 得到自洽的单球孔穴近似下光谱溶剂化移动校正公式. 计算发现, 当前的理论高估溶剂重组能和溶剂化移动约一倍. 采用本文所建立的模型, 可以很好地解释以往理论和实验之间存在的矛盾.     

马链的细致平衡(可逆性)与环流分解

在统计物理中,所谓热力学平衡是通过细致平衡达到的,而细致平衡反映到马氏过程中就是可逆性条件。在文献[1—3]中研究了可逆的马氏过程。近年来Prigogirne、Hakcn等人提出了远离平衡而表现为定常状态的耗散结构,引起了广泛的重视。耗散结构在马氏过程中的反应是什么呢?本文从讨论平稳(物理上所谓定常状态)马链的结构出发,对不可逆(非细致     

运离平衡现象研究的现状

“在非平衡、非线性的现象下面隐藏着物理的概念和规律,我们要去发现它,研究它。这个领域的研究目前还处在一个初始的阶段。”这是日本著名理论物理学家久保亮五(R. Kubo)对于远离平衡现象研究现状所作的一个估计远离平衡现象特别是非平衡相     

铸铁凝固理论中的结构形成因子

文献[1]曾用相结构单元中最强共价键上的共价电子数n_A讨论了钢中的相变问题.本文仿文献[2]的方法进行计算,B-型杂化态下铸铁奥氏体和渗碳体晶胞中最强共价键上的共价电子数分别为n_A=0.9307和n_A=0.9385.余瑞璜先生已经给出石墨结构最强共价键上的共价电子数n_A=1.2051.按文献[1]的观点,铸铁凝固时最先结晶的相不应是石墨,且石墨结构中的n_A值为1.2051,平衡凝固时构成这样强的共价键驱动力源于何处?为回答这些问题,本文引入一个新参数——结构形成因子S,并用S对铸铁的凝固和石墨化进行了电子理论分析.     

Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金无容器凝固组织中的分形结构

合金凝固组织形态及其演化一直是现代凝固组织的核心问题。近年来,分形几何的发展和应用为合金凝固组织的研究提供了一种新方法,并取得了一定进展。本文研究的Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金在无容器凝固环境下的凝固过程为一非平衡凝固过程,其凝固组织中初生相具有不规则的几何形貌,用分形分析的方法来定量地描述其形貌及演变过程尚未见报道。     

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.     

空间真空条件对熔体形核的作用机理

大量的空间凝固实验表明,空间条件往往抑制了凝固初期的形核,从而得到较为粗大的结晶组织。关于空间条件抑制形核的机理目前有两种解释:(1)空间的微重力条件使熔体宏观热溶质重力对流消失,从而抑制了由对流造成的晶核增殖效果;(2)空间实验中,由     

基于限域传质机制的膜过程定量描述的研究进展

作为新型的化工单元操作,膜分离具有高效、节能等优势,然而相关的传质理论,尤其在限域条件下(如渗透汽化、反渗透、纳滤等),对其传质出现的反常现象普遍缺乏共性传质机制及调控方法的认识,严重制约了相关膜材料的设计开发.针对这一现状,本文首先剖析了经典传质模型在限域条件下存在的挑战;其次,探讨了非平衡热力学线性化方法在限域传质模型建立中的应用;最后,由于影响限域流体行为的因素众多且相互耦合,增加了单因素分析及确定控制因素的难度,为此,系统分析了针对限域传质影响因素的模拟和实验研究进展.     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

单相滞热传导温度场的振动现象及其热力学基础

传统的傅里叶定律存在一定的不足, 即导致了热扰动的传播速度无穷大. 单相滞热传导模型弥补了傅里叶定律这一不足. 首先说明此模型满足伽利略不变性原理, 因而优于著名的Cattaneo-Vernotte模型. 进而依此模型探讨了微观热传导中的振动现象, 给出了振动性热传导发生的条件. 改进了拓展不可逆热力学, 重新定义了广义非平衡热力学熵, 为单相滞热传导模型建立了热力学基础.     

考虑溶质原子拖拽效应及各向异性的元胞自动机法模拟钛合金单相区静态粗化

晶粒静态粗化是一种重要的物理现象,严重影响微观结构的演化和材料的力学性能.如何有效模拟这一过程已经成为该领域的研究热点.本文通过考虑溶质原子拖拽效应和晶界迁移各向异性对晶粒粗化的影响,建立了元胞自动机模型,并对钛合金单相区静态粗化过程进行了模拟.为了描述不同溶质原子的拖拽效应对粗化的影响,文中将溶质原子在beta相中的扩散速度等效转化成钛原子的迁移速度.为此,提出了定量描述溶质原子扩散速度与钛原子迁移速度之间转化关系的数学表达式.其中,表达式中考虑了影响溶质原子扩散速度的因素如溶质原子的半径、原子质量及晶格类型.通过引入参数c0考虑晶界迁移各向异性对粗化的影响.当c0为1时,则认为晶界迁移为各向异性,若为0时则认为是各向同性.将上述表达式应用到元胞自动机模型中,模拟钛合金(包括TC4,Ti17,TG6和TA15)在单相区的静态粗化现象.预测结果包括粗化动力学和组织演化与试验进行了对比,而且较为吻合.最后,讨论了时间、温度和化学成分对粗化的影响,以及本文元胞自动机模型预测粗化的局限性.     

论微观迁移速率在演化过程中的重要性

在远离热平衡状态,涨落可能被放大,因而出现非平衡结构,这最先为Glansdorff和Prigogine所提出,现已为人所共知之事。然而,涨落通过何种机制被放大,则尚未清楚。作者提出,使非平衡涨落放大成为可能的原因,是微观(量子)迁移速率的不全相等。并指出在远离平衡态个别的迁移速率成为描述系统演化特征的重要参量。1.在热平衡态,细致平衡原理对任一对微观态r和s间的迁移都成立。因此,迁移速率{W_(rs)}中     

有机化合物在离子液体中的无限稀释活度系数理论预测

基于理论线性溶剂化能模型 (TLSER), 应用半经验分子轨道能AM1法计算烷烃、芳烃、醇类、氯代甲烷等34种有机非极性和极性化合物的量化参数, 建立了描述有机溶质在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐 ([BMIM][CF₃SO₃]) 和1-丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([PDMIM][BF₄])中无限稀释活度系数γ_i^∞的理论预测模型. 该模型能够解释溶质和离子液体(ILs)之间的相互作用机理, 适于估算有机溶质在ILs中的γ_i^∞. 研究结果可能为针对具体不同的反应或分离过程等实现有效的ILs设计提供理论依据.     

丙烯醛光谱溶剂效应的显溶剂模型和分子动力学模拟

引入永久偶极弹簧能的概念和对溶剂分子构象进行精确考虑, 采用离散永久电荷和诱导偶极表示溶剂分子电荷分布, 推导得到显溶剂模型的平衡态和非平衡态静电溶剂化能的表达式. 将溶剂环境作为点电荷分布的外场代入溶质自洽场计算, 以考虑溶剂化过程中溶质电子波函数变化引起的溶质自身能量的改变. 推导得到了计算光谱移动的表达式, 并应用到溶液中的光吸收和发射过程. 根据新理论, 对ASEP/MD程序进行修改, 并应用于计算水分子平衡溶剂化能和丙烯醛的光谱移动.     

旋转磁场强度和频率对Pb-Sn合金凝固组织的影响

研究了Pb-45%Sn亚共晶和Pb-85%Sn过共晶合金在旋转磁场作用下的凝固组织, 发现旋转磁场使得初生相的生长形貌由原来的枝晶形态变为椭球状, 具有碎断和细化作用. 碎断和细化的程度随磁场强度的增大而加强, 但是, 当磁场强度高达一定值时, 初生相的晶粒尺寸反而变大, 磁场强度在碎断和细化凝固组织时存在最佳值. 此外, 旋转频率的高低影响磁场在熔体中的作用距离, 进一步影响熔体温度场和溶质场的均匀化. 合适的旋转频率和磁场强度是凝固组织细化和均匀化的关键因素. 磁场的引入, 影响了液固体系的热力学函数, 导致临界晶胚的吉布斯自由能和原子的扩散激活能的降低, 提高了形核率.     

考虑非弹性碰撞的低浓度固液两相流动理学模型

用修正的BGK模型模拟粒间非弹性碰撞效应, 用Fokker-Planck扩散算子描述湍流-颗粒作用, 建立了低浓度固液两相流颗粒相的模型动理学方程和宏观水动力学方程组. 运用 Chapman-Enskog迭代法获得动理学方程的二阶近似解, 建立了颗粒相脉动应力和脉动能传导通量的显式本构关系. 建立的动理学模型在颗粒近乎弹性条件下简化为已有的模型, 为固液两相流模拟提供了一个实用模型.