相场法模拟界面能各向异性对枝晶生长行为的影响

采用修正的相场模型，模拟了纯物质在深过冷条件下界面能各向异性对晶体生长行为的影响．结果表明，各向异性模数很小时，枝晶形态为典型的海藻晶；当各向异性模数较大但仍小于临界值（1/15）时，枝晶形态为光滑枝晶；而当各向异性模数大于该临界值后，某些方向的生长将消失，呈现为棱面枝晶形态．当各向异性模数小于临界值（1/15）时，枝晶尖端生长速度随各向异性的增强而线性增大；当各向异性模数大于0.1后，枝晶尖端生长速度增大、速率减小并逐渐趋于定值．强各向异性与弱各向异性下的情况类似，枝晶尖端生长速度都表现出随界面厚度参数的减小而逐步收敛的趋势．     

多晶硅凝固界面形态演化过程的相场法模拟分析

采用有限差分法求解小平面晶生长Wheeler相场模型,对多晶硅凝固界面形态演化过程进行相场模拟,详细分析了初始晶核条件、扰动强度和时间步长对界面形态演化的影响。结果表明:在多晶硅凝固过程中,九个晶核初始条件下,固液界面比较平坦,晶核生长空间差异小,易于形成垂直于生长界面的棱角胞晶组织。随着扰动强度的增加,棱角胞晶出现侧向分支,根部缩颈严重甚至出现熔断现象。选择强度为0.01的界面扰动,能够真实再现多晶硅凝固界面形态演化过程。在保证计算结果稳定性条件下,增加时间步长能够提高相场模拟计算效率。     

常速度流场下纯物质枝晶生长的相场法模拟

用相场法模拟金属枝晶在常数速度流场下的生长过程。相场模型的离散采用有限差分法;对不同速度、各向异性、方向角、界面宽度等因素对金属枝晶形貌和生长的影响进行了研究。得出的结论:在有速度情况下,枝晶形貌不对称;不同速度会对枝晶的形貌产生不同的影响;在常数速度流场条件下,流速、方向角、界面宽度、各向异性越大,枝晶生长的就越快,枝晶长的越发达。     

枝晶生长的相场法数值模拟

利用一个简单的相场模型,对过冷熔体中枝晶的生长形貌进行数值模拟,定性分析各向异性强度、无量纲潜热及扰动因子等对枝晶形貌的影响.结果表明,枝晶主干生长速度随着各向异性强度的增大而增大,并且枝晶结构强烈依赖于各向异性强度;随着无量纲潜热的增大,晶体生长过程中枝晶结构特征愈加明显;扰动对枝晶结构特征有一定的影响,随着扰动因子的增加,枝晶间竞争生长加剧.     

Al-Si合金枝晶生长相场法模拟影响因素

采用相场法技术,确定了噪声、初始晶核半径、各向异性及过冷度等因素对枝晶生长形貌模拟的影响规律.结果表明:在保证初始晶核不被熔化的前提下,初始晶核半径r0的大小不影响模拟结果;随着界面各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度以线性方式增大,而枝晶尖端半径以抛物线方式减小;过冷度越小,枝晶的生长越困难,越不能出现二次枝晶.相场法模拟影响因素对枝晶生长形貌模拟有重要的影响.     

基于均匀形核的金属液滴凝固过程

研究了均匀形核的金属液滴凝固过程,应用渐近分析法求得金属液滴内晶核生长数学模型的渐近解,分析了表面张力、界面动力学参数、初始晶核尺寸和过冷度对晶核界面生长速度、晶核半径以及液滴凝固时间的影响。在一定的过冷条件下,表面张力和界面动力学参数显著减缓了晶核界面生长速度。在凝固开始的很短时间内晶核界面生长速度迅速上升,当速度上升到最大值后,随着晶核半径的增大,界面生长速度逐渐减慢,表面张力和界面动力学参数对晶核生长速度的作用也逐渐减小。过冷度越大,液滴凝固时间越短。经过在开始的瞬变凝固阶段之后,温度场从设定的初始分布迅速地调整为由过冷度、表面张力、界面动力学参数等所确定的特定温度分布。     

基于均匀形核的金属液滴凝固过程

研究了均匀形核的金属液滴凝固过程,应用渐近分析法求得金属液滴内晶核生长数学模型的渐近解,分析了表面张力、界面动力学参数、初始晶核尺寸和过冷度对晶核界面生长速度、晶核半径以及液滴凝固时间的影响.在一定的过冷条件下,表面张力和界面动力学参数显著减缓了晶核界面生长速度.在凝固开始的很短时间内晶核界面生长速度迅速上升,当速度上升到最大值后,随着晶核半径的增大,界面生长速度逐渐减慢,表面张力和界面动力学参数对晶核生长速度的作用也逐渐减小.过冷度越大,液滴凝固时间越短.经过在开始的瞬变凝固阶段之后,温度场从设定的初始分布迅速地调整为由过冷度、表面张力、界面动力学参数等所确定的特定温度分布.     

扰动对单相合金定向凝固固液界面生长形态的影响

研究了扰动对单相合金在定向凝固过程中平面晶和胞晶固液界面生长形态的影响规律，给出了单相合金由平面晶向胞晶转变的临界条件及胞晶稳定生长的条件，首次用非线性理论中的线性稳定性理论，证明了单相合金在定向凝固过程中，固液界面由平面晶向胞晶转变和胞晶生长的分太 亚临界分叉；利用有机物模拟合金ＢｒＣ４在固液界面的面前沿有扰动的情况下进行实验，研究了固液界面前沿扰动对固液界面平胞转变和胞晶生长的分叉机制的影响规     

数值模拟多晶粒生长形貌

基于相场方法,对包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了二维数值模拟.以镍为例,展示了界面形貌的生长过程,研究了各向异性参数对枝晶界面形貌的影响.结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核由独立生长演化为竞争生长,晶臂间区域的晶臂生长受到抑制.随着各向异性值的增大,各枝晶相貌大小均逐渐增大,同时晶臂间区域减小导致晶臂的竞争生长加强,最后在该区域呈排斥性生长.     

PF-LBM模型模拟强迫对流对二元合金枝晶生长的影响

建立一个耦合格子玻尔兹曼方法(LBM)与相场法的二维模型,以Al-Cu二元合金为例对强制对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行模拟.研究流动速度和各向异性系数对金属凝固过程中枝晶生长的影响.结果表明:对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快,流速增大会产生涡流,使下游枝晶也生长加速;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长,流场存在会增强各向异性强度对凝固过程枝晶生长的影响.     

用AFM研究杜仲抗真菌蛋白的晶体生长

随着后基因组时代的到来以及蛋白质组学研究的深入开展,研究蛋白质晶体生长成为生物化学和结构生物学领域一个广泛关注的课题.通过使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)对杜仲抗真菌蛋白(eucommia antifungal protein,简称EAFP)的晶体在有母液存在下原位实时动态地进行了晶面生长观察.研究结果表明:不同过饱和度对EAFP晶体生长形貌的影响较大,较高的过饱和度下生长很快,生长台阶密度高,较高的过饱和度下主要进行各向异性二维台阶的发生、发展,较低的过饱和度下主要采用螺旋位错的生长方式,当过饱和度极低时生长缓慢,且晶体表面有很多小孔存在,晶面生长很不完整;还对不同过饱和度下晶体生长速率进行了定量的测量,也反映了过饱和度对EAFP晶体生长的影响;同时对在AFM观察过程中由探针的扫描速度和方向对表面形貌的影响进行了讨论.     

各向异性材料的表面张力

本文提出一种能够统一处理各向异性表面张力的张量描述方法。通过引入表面张力张量,导出表面有关物理量和表面平衡条件,并根据材料对称性,分别对单轴液晶、双轴液晶和晶态固体的表面张力作了讨论,还给出了单轴液晶自由表面平衡的完整条件。     

游离晶在铸件晶区形成中的作用

应用铸件在凝固时的倾出方法观察了工业纯铝试样在低过热度浇注时晶区的形成过程。结果表明，铸件激冷晶区是在凝固界面对密度很大的游离晶连续、大量捕获时形成的。铸件底部粒状堆积晶区是在游离晶沉降堆积后，因凝固层的增长速度小于游离晶的堆积速度，凝固在紧密堆积的游离晶间隙中进行而形成的。结果还表明，铸件柱状晶区的形成与生长并不要求高的温度梯度。     

纤维状形貌TS-1分子筛的形成

采用常规水热方法制备自堆积纤维状TS-1分子筛。考察配料温度、老化时间、反应时间对TS-1分子筛形貌的影响,并用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征TS-1晶体纤维状结构的形成。结果表明:TS-1分子筛的形貌主要受配料温度的影响。配料温度越高,越容易快速形成大量尺寸均一的晶核,不仅使晶体快速生长,而且促进了自堆积形貌的形成。进入MFI骨架中的Ti诱导产生的晶体颗粒间羟基的脱水缩合反应发生在TS-1晶体生长初期。     

界面湍动对湿壁塔液相传质系数的影响

选用乙醚的低浓度水溶液为研究对象，在湿壁塔中液相层流流动状态下，考察乙醚解吸过程中传质系数与Marangoni数之间的变化．实验结果表明当平行于界面的表面张力差超过临界值后，Marangoni界面湍动效应将发生，随之导致传质系数较之只依赖扩散传质时增大，并且传质效果的强化程度同Marangoni界面湍动的强度有关．进一步的实验数据拟合结果表明传质增强因子F同Ma数之间符合幂函数关系，结果有助于利用Marangoni界面湍动增强传质效果．     

LiNbO3晶体小面生长动力学的实验研究

按同成分配比的ＬｉＮｂＯ３的原料中，掺入溶质钇，用提拉法生长晶体时，人为地引入生长层，生长层记录了不同时刻的生长界面形态，借以追溯生长过程中固－液界面的形态和演变过程。晶体沿Ｙ轴生长，ＬｉＮｂＯ３晶体形成小面的｛０１１２｝面族中的（０１１２）面与生长轴的夹角最小，它与凸的固－液界面相切时，形成小面生长区。利用“倾倒法”使晶体和熔体快速分离，在晶体底部观察到平坦的（０１１２）面小面生长区。通过不同的晶体截面，观察了晶体内（０１１２）面小面生长区的形态。测量了小面半径与相应的固－液界面的曲率半径。结果表明：小面半径的平方与相应的固－液界面的曲面的曲率半径成比例，这一结果与小面生长的动力学理论预言的结论相一致。最后讨论了小面生长机制，计算了小面生长比非小面生长所需要增加的过冷度。     

吸水性涂层在霜层生长初期的抑霜

研究吸水性涂层对霜层生长过程的影响,以寻求抑制结霜的有效方法.通过自行设计的试验设备对吸水性涂层表面上霜层生长特性进行试验研究,获取了不同时段霜层的显微图片,采用数字图像处理方法对其分析,与无涂层的铜表面进行对比.结果表明,吸水性涂层使得结霜时间推迟,霜层高度下降,冰晶体分布稀疏.此外霜层生长初期冰晶体的结构发生了变化,晶体呈倒立状,在某个时段内持续这种状态.对列固含率的分析表明,吸水性涂层的表面在初期有些位置冰晶体含量较高,但有些位置则接近于零,这样的霜层在生长初期甚至加强了热传递.最后通过对比不同表面霜层高度随时间的变化规律发现:吸水性涂层在初期抑霜效果最好,随着时间的推移其抑霜能力逐渐下降.     

三聚磷酸钠对草酸钙晶体生长的影响及其防石机理

采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)方法研究了三聚磷酸钠对草酸钙(CaOxa)晶体生长的影响.三聚磷酸钠能抑制一水草酸钙(COM)晶体的生长,同时诱导二水草酸钙(COD)晶体的形成.随着三聚磷酸钠浓度的增加,COM晶体的表面积减少.上述结果表明三聚磷酸钠是抑制CaOxa结石的一种潜在药物.     

基于MLBFS和分形理论的微尺度瑞利-泰勒不稳定性研究

采用MLBFS（Multiphase lattice Boltzmann flux solver）方法对两种不相混溶、不可压缩流体的微尺度下瑞利-泰勒（R-T）不稳定性进行数值模拟。通过分析R-T不稳定性初期线性阶段的漩涡发展来比较不同粘度的影响。当该过程进入非线性阶段,界面会呈现一定的分形特性,在高雷诺数情况下尤其明显。本文结合分形理论,运用盒维数法对界面图像进行处理,得到不同情况下界面分形维数的发展情况。研究表明当雷诺数较小时,界面分形维数呈现近似线性的增长,随着雷诺数增大,界面扰动不断加剧界面分形维数增长呈现明显的非线性状态,当雷诺数足够大时,界面的分形维数增长呈现相似性并且趋于饱和。同时,本文也对比了重力作用恒定时表面张力对R-T不稳定性的影响。当Bo数稍大时,表面张力的变化对界面的发展几乎没有影响,但是当Bo数极小时,表面张力对界面不稳定抑制作用明显,界面分形维数也明显小于Bo稍大的情形。     

霜晶生长的界面演变及机制分析

为了认识冷面结霜的微观机制,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。