石蜡/膨胀石墨复合相变材料的结构与热性能

以有机物石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构，利用膨胀石墨的多孔吸附特性，制备出了石蜡含量分别为50％（质量分数，下同），60％，70％和80％的石蜡／膨胀石墨复合相变储热材料．采用扫描电镜（SEM）和差示扫描量热分析（DSC）对复合相变储热材料的结构和热性能进行了表征．结果表明：膨胀石墨吸附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态，石蜡被膨胀石墨微孔所吸附；复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似，其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当．储（放）热性能测试结果表明，含80％石蜡的复合相变储热材料其储热时间比石蜡减少69．7％，放热时间减少80．2％．     

被吸附氦(~4He)薄膜准二维运动的有效势近似

对氦单层和氦二层体系的第二层低密度量子气体,依简化的准二维运动物理模型,求得了被吸附在石墨基底上的氦原子对之间的有效相互作用。由这种有效相互作用所求得的被吸附量子气体的二级维里系数及其二阶导数,比由理想二维物理模型出发所得结果更接近实验数据。     

泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究

以石蜡为相变材料、泡沫石墨为支撑结构,文章利用泡沫石墨的多孔吸附特性,采用多次真空灌注方法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。采用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的热性能进行了表征。结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力;复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似,其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当。设计了储能过程实验,并与纯石蜡试件进行了对比;储热性能测试结果表明,复合相变储热材料的储热速率比纯石蜡有了极大的提高。     

表面吸附单原子层的声振动模式

在谐和近似及计入近邻与次近邻相互作用的条件下,我们以格林算子技术,计算了表面吸附了单原子层的半无限晶体的声振动模式。计算分顶位吸附及中心吸附两种情形进行。文中给出了吸附单原子层及衬底的各原子层分别对体模及表面模的贡献。本文的方法和结果对于表面物理的研究将是有用和有意义的。     

玻色子薄膜系统的未饱和蒸汽压定律

本文用统计力学的方法处理吸附在固体基质表面上的玻色子薄膜系统，证明对弱相互作用基质，未饱和蒸汽压ｐ与相变温度Ｔ的关系与基质种类无关。同时证明相变温度Ｔ与薄膜厚度ａ的关系与基质有关，所得结论与液氦薄膜超流动性的实验结果相符合。     

金属表面化学吸附系统结构相变的平均场近似模型

本文利用平均场近似模型,推导了描述热平衡时金属表面吸附层结构相变的方程,给出了金属表面原子因吸附原子的作用发生位移的几率与温度和吸附原子复盖度之间的关系.     

法向运动对氦吸附层凝固的影响

氦的吸附是低温物理、表面物理和理论物理共同研究的一个课题.目前这个课题的研究已发展到理论计算可以与实验数据进行定量比较的阶段,这对表面吸附机理的研究很有帮助.最近的一个例子是对氦在石墨表面上的束缚态能级的研究.在实验上,通过氦原子束在石墨表面上的散射,测出了最低的四个能级是-11.7±0.3,-6.1±0.4,-2.6±0.3,-0.9±0.2MeV.在理论上,利用碳原子与氦原子之间的Lennard-Jones势,通过薛定格方程的数值求解,得到的能级理论值是-11.7,-5.94,-2.64,-0.99MeV.理论与实验之间符合得相当好.这就确定了氦原子与石墨表面之间的相互作用,同时给     

温度对石墨平面吸附水环境中甲烷分子过程的影响

为研究温度对甲烷分子在水-石墨界面上吸附的影响,利用分子动力学模拟,分析了不同温度下多层石墨平面对水环境中甲烷分子的吸附情况.结果表明:石墨平面片层吸附甲烷分子时呈现出特定的吸附位点,甲烷分子沿这些吸附位点呈六边形状态聚集,且吸附在石墨平面上的甲烷分子有序分层,第1层吸附饱和后将在吸附位点附近继续第2层吸附.进一步分析发现,在等容体系中,石墨平面吸附甲烷量与温度呈近似线性关系,且温度越高吸附总量反而越大.这些研究结果对理解疏水固体表面吸附水环境中气体分子的微观机制有所帮助.     

CO在Ni原子簇上吸附的EHMO计算

本文通过EHMO计算,揭示了Ni原子簇吸附CO的可能机理,对Ni催化CO加H的关键过程提供了理论说明。文中处理了可能的吸附模式18种,吸附方式4种,所得吸附能与实验结果相近。各种模式和方式的重叠集居的大小顺序与红外伸缩振频相对应。并得到Ni原子簇吸附CO不仅仅是单原子层的作用,而可能是多原子层的作用的结论。     

气体分子(N_2,Cl_2)在石墨表面吸附的EHT研究

基于集团模型电荷自洽的EHT(Extended Hückle Thory)方法在理论上对双原子气体分子(N2,Cl2)在石墨表面的吸附进行了计算分析。讨论了双原子气体分子的吸附位置、分子键的取向、公度和非公度问题,并和实验结果进行了比较。     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

钛团簇的融化行为

采用经验分子动力学方法研究了几个典型Ti团簇的热力学稳定性和融化行为.Ti团簇的融化行为清楚地依赖于体系的结构和尺寸.对于较小的团簇,融化曲线没有出现清楚的一级相变特征,意味着由于尺寸效应导致的固态液态共存.对于较大尺寸的团簇,观察到其融化过程伴随着表面融化、局部融化、结构共存和相变行为.     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

卸载熔化状态铁/蓝宝石界面温度测量及其相变动力学研究

本文主要是研究金属铁经历冲击-卸载到熔化压力区,其内部发生熔化相变时,铁/蓝宝石界面的辐亮度和温度随时间演化特性,发现辐亮度随时间持续增强而界面却经历了一个慢降温过程,该特征与无相变或瞬时相变的热传导模型结论不一致,即无熔化相变或瞬时相变时,界面温度是一个稳定值.本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释.模型计算所给出的温度历史与观测结果一致,由此可以校对其它测量或者计算熔化温度的方法和模型计算的结果,并能够初步限定出该压力下铁的熔化成核速率和径向长大速率.     

Microstructure evolution in grey cast iron during directional solidification

The solidification characteristics and microstructure evolution in grey cast iron were investigated through Jmat-Pro simulations and quenching performed during directional solidification. The phase transition sequence of grey cast iron was determined as L → L + γ → L +γ + G → γ + G → P (α + Fe₃C) + α + G. The graphite can be formed in three ways:directly nucleated from liquid through the eutectic reaction (L → γ + G), independently precipitated from the oversaturated γ phase (γ → γ + G), and produced via the eutectoid transformation (γ → G + α). The area fraction and length of graphite as well as the primary dendrite spacing decrease with increasing cooling rate. Type-A graphite is formed at a low cooling rate, whereas a high cooling rate results in the precipitation of type-D graphite. After analyzing the graphite precipitation in the as-cast and transition regions separately solidified with and without inoculation, we concluded that, induced by the inoculant addition, the location of graphite precipitation changes from mainly the γ interdendritic region to the entire γ matrix. It suggests that inoculation mainly acts on graphite precipitation in the γ matrix, not in the liquid or at the solid-liquid front.     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

关于融化的统计几何理论

本文用几何方法对二维系统的融化过程作了全面的研究。在仅考虑排斥势的情况下修正了Kawamura等人的理论,理论计算值与计算机模拟实验的结果接近。在计入吸引势后采用凝聚态Van der waals理论中的近似展开,所得融化曲线在三相点附近更接近正确的位置。     

具有层间耦合反铁磁阻挫系统的热力学性质

本文研究了具有充分阻挫的梅森堡反铁磁三角晶格的热力学性质，同时讨论了系统的低温相交行为和自旋的元激发谱，其结果与蒙特卡罗模拟结果符合的较好。     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。