过渡金属Mo高压熔化曲线的分子动力学模拟

基于经典的分子动力学模拟,运用嵌入原子势模型,研究了 Mo 的熔化曲线。通过分子动力学模拟得到的热状态方程与早期的实验及第一性原理计算结果相一致,验证了我们采用的 EAM 势的可靠性。单相模拟的结果表明钼在冲击熔化之前并没有固固相变的发生。通过固液共存的两相模拟方法获得了 Mo 的熔化温度数据,利用 Simon 函数拟合得到Mo 的熔化曲线。两相模拟有效的考虑了过热效应,模拟结果证实了动高压实验的结论。
     

高压下金属Mo熔化性质与其熔化结构的理论研究

本文采用分子动力学结合镶嵌原子势方法研究了高温高压下金属Mo的熔化性质.详细分析了Mo的熔化曲线并给出了熔化曲线T-P(温度-压强)方程,计算得到了Mo的等温压缩曲线和等压曲线.理论上获得Mo在常压下的平衡点温度为2695K,与其他实验和理论数据都符合的很好.同时我们还通过径向分布函数和HA指数研究了Mo在熔化过程中的结构变化情况.     

ZnO岩盐结构熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法和经验势模型对岩盐结构ZnO高压下的熔化特性进行了研究．对ZnO闪锌矿结构常压下的熔化进行模拟，发现存在过热熔化现象，通过与实验比较得到其过热48％的结论，然后利用该结论修正得到了ZnO岩盐结构0-50GPa的高压熔化相图．其中岩盐结构ZnO高压熔化曲线在压力低于7GPa时和由Lindemann熔化方程得到的结果符合很好．     

单晶金属锆结构相变和熔化的分子动力学研究

应用分子动力学模拟了不同结构的单晶锆样品。采用Finnis-Sinclair作用势,通过分子动力学模拟方法Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,对三种不同结构的单晶金属锆样品进行模拟计算,研究了锆在加温加压下的相变结构。研究结果显示,单晶金属锆在加压到0.2GPa时会由hcp结构(α相)转变成特殊六角结构(ω相);对hcp结构单晶金属锆逐步加温发现,当温度升至1 161K时会由hcp结构(α相)转变成bcc结构(β相),再继续加温到1 569K时,bcc结构的单晶金属锆样品开始熔化,得到的热力学熔点为1 569K与实验值基本吻合。     

单晶Al熔化的分子动力学模拟

采用Adams嵌入原子势(EAM),利用分子动力学方法对单晶Al的熔化过程进行了模拟,分析了Al样品体熔化过程中结构、能量的变化及表面熔化过程中固-液界面的移动情况.模拟的结果表明:对于Al样品体熔化过程,体系的体积和内能在1 205K发生突变;通过计算1 000-1 200K下Al的表面熔化速度,得出热力学熔点为985K,与存在的实验结果基本吻合.     

石蜡相变熔化过程的实验和数值模拟

采用Fluent软件对石蜡的熔化过程进行数值模拟,并将其同实验结果进行对比,得到了一组可以较好模拟石蜡相变熔化过程的参数。结果表明,数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,网格密度对于模拟石蜡相变熔化过程的影响较小。石蜡的相变熔化过程可以分为两个阶段:顶部熔化、底部方腔侵蚀的第一阶段,未熔化石蜡下降重新分配的第二阶段。不同位置模拟的温度-时间曲线与实验结果的重合性不同,靠近气液界面处的结果较好。     

铜固液两相共存系统的分子动力学模拟

基于Mishin势函数,用分子动力学方法模拟了金属铜的固液两相共存系统.在熔化过程中固液界面逐层推进,由collision-limited理论确定到零压下（001）表面熔点为1392.9±9.2 K,动力学系数为82.3 cm·s-1·K-1.     

分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

层状超导体磁通格子固相熔化的温度效应

发展了层状超导体中3D磁通线模型,用动力学模拟方法数值研究了磁通格子的有序-无序熔化相变.在无序强度温度相图中,发现从有序的布拉格玻璃相到无序的磁通玻璃相之间的固-固相变线在中等温度区域有一个突起,与最近实验上得到的"反向熔化"现象一致.这一反向熔化行为起因于磁通之间相互作用的异常温度效应.     

分子动力学模拟非晶态SrTiO3

采用分子动力学方法,用Moldy软件及PIM(Partial Ionic Model)势函数作为原子间相互作用势,模拟了Sr- TiO3(STO)的熔化过程,将熔化的STO快速冷却到室温以获得非晶态。通过熔化过程中体系内能和体积的突变,确定熔点为2430 K,仅比实验值(2380 K)高50 K,很好的反映了STO的熔化过程;分析了晶态、液态和非晶态时的对关联函数和原子配位数;通过计算速率自相关函数估算了STO的扩散系数,说明STO的熔化发生在2430 K。     

Sn-Cu钎料液态结构与黏度分子动力学研究

应用基于MEAM势的分子动力学模拟,研究了Sn-0.7%Cu和Sn-1.8%Cu两种钎料在503~773K液态结构和黏度的变化规律.首先,通过模拟数据分别计算得出不同温度下两种钎料熔体的双体分布函数g(r)以及Cu元素和Sn元素在两种钎料合金中的均方位移,由均方位移得出自扩散系数,然后依据Stokes-Einstein方程计算出两种钎料的液态黏度,模拟计算液态黏度结果与实验数据基本一致.随着温度降低,黏度呈上升趋势,并且在黏度曲线上均出现跳跃点,以跳跃点为分界点,黏度曲线可以明显分为低温区和高温区.模拟得到的双体分布函数曲线符合热力学普遍规律,随着温度降低,第一峰和第二峰都变得更尖锐一些.     

纳米尺度孔隙内气体导热系数的分子动力学模拟

应用Lennard-Jone作用势,在300K和0.1MPa条件下,对边长20nm的立方体孔隙内氮气的导热系数进行了平衡分子动力学模拟. 结果得出分子分速度和速率的分布与统计力学得到的Maxwell速度和速率分布曲线基本一致,并且分子的平均自由程受到孔隙壁的严格限制. 通过Green-Kubo关系式计算得出了孔隙内氮气的导热系数,并与文献中的结果进行了比较,模拟结果接近于实验值,仅为同样条件下自由空间氮气的导热系数的1/3左右.     

FeO熔化曲线的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下FeO的熔化温度,同时还计算了温度在300K及压强上升到140 GPa时FeO的状态方程.作者在研究中,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FeO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FeO正确的熔化温度.因此,为常压下利用壳层模型分子动力学研究物质熔化提供了一种较好的方法,该方法亦可进一步推广应用到其它物质的高压熔化研究工作.     

Al冲击熔化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法,对金属Al的冲击熔化过程及平衡熔化过程进行实际研究,并通过对径向分布函数的观察,给出了确实可信的研究结果。     

方管内气固两相湍流气相速度的非线性特征识别

为了深入了解气固两相湍流中气相脉动的非线性特征,用相平面不变量法对竖直方管内气固两相流场的气相瞬时速度的实验数据和运用随机分布方法得到的模拟数据进行对比研究。结果表明:流动行为相似的流场有着相似的相平面不变量曲线,流动行为差异较大的流场相平面不变量曲线呈现不同的趋势;在模拟数据和实验数据的统计分布基本相同时,采用不考虑变量相关性随机分布的模拟数据和实验数据的相平面不变量曲线存在非常大的差异,而在考虑变量相关性随机分布时符合较好,但在曲线两端存在一定的差异。     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟，并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析，获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。     

MgO高温高压下的P-V-T关系

本文利用分子动力学方法和有效经验对势模型对MgO高温高压下的物态方程进行了研究,发现分子动力学方法得到的MgO岩盐结构的摩尔体积(温度范围:300-2000 K,压力范围:0～100 GPa)和实验结果吻合;另外,基于势模型的可靠性预测了300-2000K和0～100 GPa的温压范围内MgO岩盐结构的P-V-T关系,并对两种势模型计算结果进行了比较研究.计算得到的高温高压下MgO物态方程在地球物理学具有重要的参考价值.     

球形金属纳米颗粒熔化温度、熔化熵及熔化焓的尺寸效应

根据结合能的键能模型,研究了球形金属纳米颗粒熔化相关热力学量的尺寸效应.在该模型中引入3个因子:晶体致密度k因子(晶胞中原子总体积与晶胞体积的比值);β因子(晶体中表面原子与内部原子结合能的比值)和qs因子(晶面被表面原子占据的比值).在考虑上述因子后,通过模型预测具有自由表面球形金属纳米颗粒的熔化温度、熔解熵、熔解焓等热力学量的尺寸依赖性,并将所得结果与相关实验数据、分子动力学模拟结果、液滴模型以及前人提出的模型进行了比较.结果显示,对于Au和Al纳米粒子熔化温度的尺寸效应,该模型相比之前的模型更接近实验结果,与Ag和Cu纳米粒子熔化熵与熔化焓的分子动力学结果吻合较好.     

气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价

用基于气体Smagorinsky亚网格应力模型和颗粒动力论模型的双流体大涡模拟(LES)以及统一二阶矩两相湍流模型(USM-RANS),对轴对称突扩气固流动进行了数值模拟。结果表明:LES模拟的颗粒轴向平均速度和均方根脉动速度,以及USM-RANS计算得到的模拟结果都与实验结果吻合较好。LES得到的颗粒-气体轴向脉动速度关联值比USM-RANS模拟值更接近实验值,这表明USM-RANS模拟还有改进余地,并基本上得到了LES的验证。LES的瞬态模拟能显示气固湍流流动的各向异性两相湍流结构和颗粒弥散的发展过程,而USM-RANS无法实现。     

气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价

用基于气体Smagorinsky亚网格应力模型和颗粒动力论模型的双流体大涡模拟(LES)以及统一二阶矩两相湍流模型(USM-RANS),对轴对称突扩气固流动进行了数值模拟。结果表明:LES模拟的颗粒轴向平均速度和均方根脉动速度,以及USM-RANS计算得到的模拟结果都与实验结果吻合较好。LES得到的颗粒-气体轴向脉动速度关联值比USM-RANS模拟值更接近实验值,这表明USM-RANS模拟还有改进余地,并基本上得到了LES的验证。LES的瞬态模拟能显示气固湍流流动的各向异性两相湍流结构和颗粒弥散的发展过程,而USM-RANS无法实现。