溅射沉积温度对薄膜生长影响的计算机模拟

利用Monte Carlo方法对薄膜生长过程进行计算机模拟.模型针对粒子的沉积、吸附及粒子的扩散等过程,研究了粒子允许行走的最大步数对薄膜生长形貌的影响.结果表明:随温度升高,粒子行走步数增加,薄膜的生长经历了从分散到分形团聚的过程;在粒子行走步数越小的情况下,薄膜越易趋向于分散生长.     

超薄膜多中心生长的多重分形分析

模拟不同沉积速率下超薄膜多中心生长过程。结果显示:随着沉积率的降低,团簇数减少,团簇的平均分形维数增加。在团簇生长期间,当沉积率保持不变时,团簇的内部粒子在聚集之前比其边缘粒子经历更长时间的台面扩散。团簇不同部分的粒子的扩散时间分布能用多重分形谱来描述,沉积率越低,多重分形谱越宽。     

分形聚集生长性质研究

本文在分形生长DLA模型和有限步扩散反应置限聚集模型的基础上,考虑粒子扩散置限和粒子扩散有限步数的影响的同时,引入扩散粒子与种子或聚集集团粒子相遇时的聚集反应概率P,种子或聚集粒子对次近邻位置扩散粒子捐引作用引起扩散粒子向各方向的行走概率变化（行走偏向概率）WP,研究粒子随机行走的分形聚集生长性质,通过计算机模拟得到一系列的分形聚集生长图形,计算其相应的分形维数,结果表明：在粒子浓度较小时,分形生长为DLA生长,随粒子向外扩散置限范围dr,反应概率p和行走偏向概率wp 的增大,聚集体的分形维数df也随之增大;在粒子浓度较大时,一般聚集体呈密集结构,此时不具分形结构。     

Cu薄膜生长初期的计算机模拟

基于Monte Carlo模型, 在理想基底上设置100×100的二维方形格, 利用周期性边界条件建立Cu薄膜初期生长模型, 并模拟粒子的气相沉积过程及迁移步数对薄膜生长的影响规律. 结果表明: 当沉积粒子数逐渐增加时, 基底表面的粒子团簇结构逐渐增大; 在温度不变的条件下, 随着最大迁移步数的增加, 团簇逐渐增大, 团簇数量逐渐减小, 且团簇分布逐渐稀疏; 温度升高使粒子聚集为岛状, 薄膜呈岛状生长.     

化学气相合成AIN超细粒子过程模型研究

基于化学气相(CVD)合成超细粒子过程的反应、成核、生长和凝并,考虑CVD反应器中的轴向温度分布,建立了CVD反应器中描述超细粒子粒度及分布的一维过程模型。针对AlCl_3-NH_3-N_2体系化学气相合成AlN超细粒子的过程,研究了AlN粒子形成过程特征和操作参数对其粒度及分布的影响。CVD反应器中的轴向温度分布严重影响AlN粒子合成过程中的化学反应速率、成核速率和生长速率;AlN超细粒子的粒度随AlCl_3浓度的减小和总流量的增加而减小,其粒度分布宽度则随总流量的增加而增大。     

通风管道弯头内粒子沉积的模拟

采用数值方法对矩形弯头中的气溶胶粒子沉积规律进行了模拟,并分析了不同的弯头截面宽高比和弯曲比时粒子的相对沉积率,给出了输送过程中弯头内粒子的浓度场图谱.结果指出,粒子沉积率随弯曲比和粒子Stokes数的增加而上升,湍流扩散对小粒子沉积影响明显,但大粒子在弯头内的沉积主要受惯性作用控制.     

纤维表面气溶胶粒子对流扩散沉积行为随机模拟

采用离散随机模拟方法模拟平行排列纤维表面超细气溶胶粒子的对流扩散沉积过程。以Kuwabara流场近似描述纤维附近区域流体的绕流特征,基于格子随机游走方法求解粒子对流扩散输运方程,以获得粒子在计算区域的运动概率。讨论纤维表面粒子沉积形成粉尘层的动态过程和粉尘层的形态结构特征与粒子输运机制的关系。研究结果表明:粉尘层的形态结构主要依赖于粒子的输运机制,以扩散输运机制主导(多因素归一参量Pe10)的粒子沉积过程将形成更为开放、松散的粉尘层结构;粒子沉积过程表现出粉尘黏附、粉尘树枝桥接和滤饼生长3个阶段;依据粉尘层填充率随粉尘层厚度的变化关系,粉尘层可分为滤饼基层、滤饼主体层和滤饼表层3个典型结构。     

木糖醇的结晶动力学

应用粒数衡算理论模型,研究了木糖醇的结晶过程,分析了结晶过程的成核、生长机理和影响因素,采用间歇动态法测定了木糖醇的结晶动力学数据,回归了木糖醇的结晶动力学方程参数.研究表明升高温度有利于晶体成核,而且对于晶体生长的影响十分显著,同时当搅拌桨的形式一定时,成核速率随搅拌速率的增加而增大,晶体生长速率取决于溶质扩散速率和表面反应速率的综合作用.本研究为进一步提高木糖醇的工业结晶水平提供了理论依据.     

电沉积过程中纳米粒子温度变化规律研究

建立了考虑到热交换和质量交换情况下,电沉积过程中纳米粒子热力学函数满足的方程.探讨了电镀生长、动力学生长和扩散生长这3种生长机制情况下,粒子温度随粒子线度的变化规律.结果表明小岛生长开始时, 小岛温度随粒径增大而急剧升高;当小岛半径增大到开初的1.05倍时,温度缓慢降低;其中动力学生长降温最慢,而电镀生长降温最快.增大电流密度和电解液浓度不会改变小岛温度随粒径的变化情况,但会使温度有所升高.     

纤维表面气溶胶粒子沉积与反弹行为数值模拟

在单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟基础上,采用Dahneke碰撞反弹模型分析纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为.讨论捕集体近壁区粒子碰撞反弹运动特性及其对沉积物形态结构和过滤单元捕集效率的影响.研究结果表明:随着粒子直径增大,粒子与纤维表面的碰撞反弹频率增大;输送粒子与沉积粒子发生多次碰撞反弹后仍有可能被捕集;所有过滤工况下,粒子碰撞反弹频率增大,均将导致沉积物向紧密结构演变;引入粒子碰撞反弹作用后,较低拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系呈现出两阶段性特征,各阶段的变化关系仍满足近似线性,而较高拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系未出现此特征;在相同黏附能下,多分散粒子的捕集效率均高于单分散粒子情形.     

Fractal Characteristics of Aerosols Deposition in the Fiber Surface

To study the effects of particle motion mechanism and size distribution on fractal dimension of dust cake structure,the process of aerosol particles deposition in fibrous filtration medium was simulated on basis of Diffusion-Limited Aggregation(DLA)improving model.In this study,effects of inertia movement and diffusion movement on particles deposition would be considered.In the mean while,ratio of inertia movement to diffusion movement was defined as Pe number.The results show that surface curve of dust cak...     

Porous α-Al2O3 thermal barrier coatings with dispersed Pt particles prepared by cathode plasma electrolytic deposition

Porous α-Al₂O₃ thermal barrier coatings (TBCs) containing dispersed Pt particles were prepared by cathode plasma electrolytic deposition (CPED). The influence of the Pt particles on the microstructure of the coatings and the CPED process were studied. The prepared coatings were mainly composed of α-Al₂O₃. The average thickness of the coatings was approximately 100 μm. Such single-layer TBCs exhibited not only excellent high-temperature cyclic oxidation and spallation resistance, but also good thermal insulation properties. Porous α-Al₂O₃ TBCs inhibit further oxidation of alloy substrates because of their extremely low oxygen diffusion rate, provide good thermal insulation because of their porous structure, and exhibit excellent mechanical properties because of the toughening effect of the Pt particles and because of stress relaxation induced by deformation of the porous structure.     

湿度对矩形窄通道内细颗粒热泳沉积的影响

通过建立考虑空气含湿量影响的矩形窄通道模型,利用Fortran软件编程及Fluent软件模拟,研究了矩形窄通道内细颗粒的热泳沉积情况,提出了一种利用Fluent软件计算矩形窄通道内热泳沉积率的方法,并与Fortran编程的计算结果进行比较.结果表明,随着空气含湿量增大,热泳沉积率增加;在空气含湿量相同的条件下,热泳沉积率随着颗粒直径减小而增大,随着管道内压力增加而减少,随着温度梯度增大而增加;此外,不同粒子的热物性不同,导致其热泳沉积率不同;所提出的计算方法虽能够反映热泳沉积率随空气含湿量、颗粒直径和压力变化的规律,但其计算结果偏小,可采取增大管道内空气含湿量及减小管道内压力的措施来提高细颗粒的热泳沉积率.     

含蜡原油井筒结蜡剖面的预测模型

油井结蜡是含蜡原油开采中的不利因素。对含蜡原油在井筒流动过程中蜡沉积影响因素进行了分析，研究了石蜡的沉积机理。利用Ｆｉｃｋ扩散定律和剪切扩散理论，推导并建立了蜡分子扩散和蜡晶径向迁移过程中油井结蜡剖面的预测模型，该模型可用于计算油井井筒中各点的石蜡沉积速度以及沉积厚度的增长速度。对影响油井结蜡剖面的各因素进行了敏感性分析。研究结果表明，油井沿井筒的蜡沉积厚度分布随原油的性质、含水量、原油在井筒中的温度和压力条件、油井的产量以及生产时间的变化而变化。在实际生产中，对上述影响因素进行控制和调节，可以改善油井的结蜡状况。该预测模型可为进一步掌握油井蜡的沉积过程以及对油井的防蜡和清蜡措施提供理论基础     

气管吸入流中大气污染物沉积的数学模型

基于气固两相混合物中粒子因随机的Ｂｒｏｗｎ扩散运动而呈现出随时间和空间位置变化的概率分布,提出有效粒子扩散表面的概念,由此建立人体气管吸入流中大气污染物在气管壁沉积的数学模型．模型计算结果与见诸报导的关于超细粒子的有关文献的分析结果进行了比较,符合较好．原则上,该方法适用于含有任何尺寸粒子的多相流动问题．     

利用Monte Carlo算法对薄膜生长过程的计算机模拟

用Monte Carlo方法以Cu为例对薄膜生长过程进行计算机模拟．不仅对原子的吸附、迁移及脱附3种过程采用更为合理的模型，还考虑这些过程发生时对近邻原子的连带效应．在合理选择原子间相互作用势计算方法的基础上．改进了原子迁移激活能的计算方法．计算了表征薄膜生长表面形貌的表面粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度．结果表明，在一定的原子入射率下，表面粗糙度和相对密度的变化存在一个临界温度．随着衬底温度的升高．表面粗糙度减小，膜的相对密度增大．当达到临界温度时，粗糙度随衬底温度的升高开始增大，而相对密度趋于饱和．临界温度随原子入射率的增大而增大，不同温度下原子入射率对粗糙度的影响不同，在较低温度时粗糙度随入射率的增加而增加，在较高温度时粗糙度随入射率增大而减小．同时发现．随入射率的增大或薄膜厚度的增加，相对密度均逐渐减小。     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

无规扩散类反应表面生长动力学行为

研究了无规扩散类表面生长的动力学和标度行为，研究了两种粒子（Ａ、Ｃ）在二维衬底上的聚集．当Ｃ粒子的几率ｑ＝０时，系统表现出泊松生长．当ｑ≠０时，表面表现出粗化的形貌特性，存在着粗化转变．对Ｃ粒子扩散步长以及扩散几率对粗化转变的影响也进行了研究