原子核领域中两种相变研究的新进展

《原子核领域中两种相变研究的新进展》一文评述了原子核领域中(更确切地说是中高能重离子碰撞过程中),可能存在的液气相变和退禁闭相变研究的新进展。事实表明,有关液气相变的研究已开始走向成熟,而退禁闭相变的研究尚需作更长久的努力。     

强磁场对中子星壳层结构的影响

中子星内壳层是由原子核与其周围的自由中子气和电子气共存而构成的非均匀物质.天文观测表明部分中子星内部可能存在高达10~(18)G的强磁场.因此中子星的内壳层结构会受到强磁场的明显影响.本文采用相对论平均场理论描述核子间相互作用,并考虑了质子和中子的反常磁矩.利用Wigner-Seitz近似描述中子星内壳层中的非均匀分布物质,并采用自洽Thomas-Fermi近似方法处理在强磁场环境中WignerSeitz原胞内的核子以及电子分布,从而研究强磁场对中子星内壳层中的非均匀相结构以及壳核相变等性质的影响.计算结果表明,与无磁场情况相比,内壳层中非均匀物质的每核子结合能、原子核pasta相结构和壳核相变密度等性质在磁场B≤10~(17)G的环境中不会发生明显变化.而B≥10~(18)G的强磁场会对中子星内壳层中的pasta相结构产生重要影响,使各种pasta相的每核子结合能降低,非球形原子核出现的阈密度和壳核相变密度减小.随着磁场强度B的增加,球形Wigner-Seitz原胞的半径减小,同时原胞内的核子分布变得更加弥散.     

随机断裂模型对7Li离子致DNA链断裂碎片长度分布的分析

用随机断裂模型分析了重离子电离辐射致质粒DNA双链断裂(dsb)的片段长度分布, 随机断裂模型中的u为平均每个DNA上的双链断裂数, 并可直接由实验得到. 分析表明在低剂量时, 随机断裂模型都不能描述DNA的碎片分布. 在较高剂量时, 随机断裂模型可以较好地符合实验结果, 说明了在较大剂量情况下, 重离子诱发的DNA碎片的长度分布具有随机统计性质.     

热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体, 是热量传递的载体. 类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子, 大量的声子组成了声子气. 在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子, 大量无规则运动的热子就组成了热子气. 热子和声子、光子一样都没有静止质量, 但是热子的动质量可以连续变化, 即热子是非量子化的准粒子. 热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流. 根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为m_h=E/c², 即热能除以光速的平方. 热子气是具有真实质量的可压缩流体, 根据气体动力学原理, 并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程, 通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程, 它是具有阻尼的波动方程, 也就是普适导热定律. 基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象, 例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象. 在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律. 利用两阶精度的有限差分格式, 计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解, 结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.     

垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探

将加扩展项的轴对称双倒易边界元方法拓展应用于数值模拟垂直Bridgman法生长HgCdTe及CdZnTe晶体过程中非等温相变传热传质问题, 印证了轴向溶质浓度的分区分布并且研究了拉晶速度对分区的影响, 同时分析了晶体生长过程中产生的一维瞬态非等温相变现象, 获得了由初始过渡区经稳定生长区, 最后到末端过渡区全过程的非等温相变数值结果. 进一步, 通过数值模拟捕获了拉晶速度为零时, 稳态情况下的二维轴对称相变界面位置和形状, 并得到了熔体和晶体温度场, 最后着重研究了瞬态拉晶过程中的二维轴对称非等温相变现象, 比较了其与等温相变的差异, 并揭示了不同拉晶速度对非等温相变现象的影响.     

空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法

利用等离子体驱动微小碎片加速器, 开展空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的地面模拟实验, 得到了微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的平均表面损伤系数和撞击损伤方程, 并分别提出了利用平均表面损伤系数和撞击损伤方程评估空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法. 结合master2005空间碎片分布模式计算得到的空间微小碎片分布规律, 采用这两种评估方法分别对800 km轨道高度航天器太阳电池遭受微小碎片撞击引起的表面损伤率进行了评估. 计算结果表明这两种方法能够相互验证, 并且发现空间微小碎片撞击对太阳电池的表面损伤主要由5~500 μm碎片撞击引起.     

探索多组分体系高分子相变复杂性的真谛

笔者首先介绍了单组分物质在气液固三态之间的转变,然后介绍了在二元溶液体系中如何采用类比移植的方法进行科学研究,接着介绍基于这一方法对多组分体系高分子的相分离和结晶所展开的研究,两种相变的相互作用揭示了高分子相变复杂性的真谛。     

InGaAs晶体固-液相变过程中的拓扑结构的演变机制

采用分子动力学模拟InGaAs晶体固-液相变过程,并运用径向分布函数、键角分布函数、配位数统计及可视化等方法,从微观结构的不同层面分析了固-液相变过程的结构演变.结果表明:对于InGaAs体系,固-液相变过程中的微观结构发生了很大的变化,在一级相变时,其原子平均能量和比体积、径向分布函数、键角分布函数、配位数和原子截面图、局部原子分布以及钻石结构分析都显示出很明显的变化.熔化过程中InGaAs晶体原子间共价键发生断裂,体系从四配位结构变成三配位结构,通过占主导作用的三配位结构,结合少量的四配位结构,形成三配位结构之间的互连接和三配位结构穿插四配位结构的连接形成的拓扑无序的液态结构.     

高导热膨胀石墨/硬脂酸定形相变储能复合材料的制备及储/放热特性

采用"熔融吸附-模压成型"的方法制备了膨胀石墨(EG)为多孔基体、硬脂酸(SA)为相变材料的EG/SA定形相变储能复合材料,通过微观形貌、热物性和热稳定性测试,分析了膨胀石墨的膨胀度对EG/SA定形相变储能复合材料的热性能影响规律,并通过加热/冷却实验对不同参数的定形相变储能复合材料的储/放热性能进行了分析比较.研究表明采用高膨胀度EG更有利于提高SA在EG多孔基体中的分布均匀性和储能复合材料的热导率,当EG质量分数为20%时其径向导热系数最高达19.6 W m~(-1)K~(-1),相比纯SA提高了110倍;EG的高膨胀度对SA相变过程中的液相封装具有明显的改善作用,高膨胀度EG为基体的定形相变储能复合材料具有很好的热稳定性;EG/SA定形相变储能复合材料的储/放热时间约为纯相变材料的1/8~1/4,具有高导热、无泄漏等优点.     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

相对论性核碰撞中可能呈现的两种相变——气液相变与禁闭-非禁闭相变

近年,高能核子-核以及核-核碰撞的研究,在国际被认为是核物理的前沿。不但因为核是研究强相互作用的很好场所,还因为在这碰撞过程中,可能出现核物质的新形态,气液相变与禁闭-非禁闭相变也可能呈现于其中。     

基于非结构化VOSET方法的沸腾传热

将非结构化VOSET方法推广至求解气液界面存在相变的流动传热问题.为准确计算界面两侧因相变导致的能量跳跃,给出了含界面非结构网格控制单元温度的计算方法,并对非界面网格温度场采用隐式求解以提高计算精度.为验证所构建相变模型的正确性,编写程序分别模拟了恒壁面过热度和恒热流密度两种边界条件下的水平表面膜态沸腾,计算结果与Klimenko经验关联式吻合良好.通过圆弧表面膜态沸腾问题,验证了本文基于带相变非结构VOSET方法对不规则区域沸腾相变问题的适用性.通过模拟近临界压力水的膜态沸腾问题,并与Berenson和Klimenko经验关联式对比,验证了本文方法对实际沸腾问题的适用性.     

气-固界面吸附相变及润湿条件

为了探讨气-固界面吸附特征,结合重量法和光谱反射技术测量了不同压比下的界面吸附量,基于?等温吸附方程探讨了气-固界面吸附相变发生机理以及界面润湿条件.结果表明,采用?等温方程计算得到的吸附曲线与实验测量值吻合很好.当压比接近某一特定值时,界面吸附量急剧增大,直至趋于一个常数值.庚烷气体分子以团簇的形式吸附在硅界面上,当压比大于某一值之后,大分子团簇聚集,界面吸附发生相变,固-液界面取代固-气界面,形成性能均一的液膜,润湿界面.通过理论计算发现气-固界面张力随界面吸附量的增加而减小,且计算得到的界面润湿压比和实验测量值吻合.     

粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性

颗粒介质的类固-液相变过程除受材料性质影响外, 还与其运动速率和密集度有密切关系, 而接触时间数和配位数是表征该相变过程中颗粒间相互作用的重要时间和空间参量. 本文采用三维离散元方法对不同切变速率和密集度下颗粒介质的动力学行为进行了数值模拟, 确定了颗粒材料在类固-液相变过程中接触时间数和配位数的参数特性和演化过程, 并结合宏观应力的分布特性, 进一步确定了颗粒介质在液态和固态相互转化中的动力学机理, 讨论了颗粒介质在由快速流动向慢速、准静态转化的相变过程. 通过对颗粒单元相互作用的细观数值模拟, 获取了颗粒介质在宏观上的动力学行为, 为研究其在不同相态下的本构模型提供了依据.     

巨型恒星——炽热气体的源泉

天体物理学家集中观测了猎户座星云。猎户座星云是一片浓密而喧嚣的气云,正好处于带状的猎户座下方,在夜空中可为肉眼所见。4颗极为明亮,质量特别巨大的恒星被称为猎户座四合星,照亮了星云。     

相变中的软模

《相变中的软模》一文介绍了物质相变研究中从静态研究到动态研究这一转变,特别是介绍了引起物质相变时“序参量”这一概念。“序参量”是一个重要概念,它联系了宏观现象与微观构象之间的关系,值得重视。     

铀在一些碳、硅、泥沉积岩中的分布和富集

本文应用诱发裂变碎片径迹等方法,以中国南方震旦-寒武系中一些碳(碳酸盐)、硅、泥岩为例,研究铀在沉积一成岩及后生过程中的分布特征。岩石光薄片曾于反应堆垂直孔道内照射。中子积分通量为2.03×10~(10)n/cm。     

多相格子Boltzmann方法及其在相变传热中的应用

经过30余年的发展,格子Boltzmann方法已成为一种非常有效的数值模拟方法.该方法是介于微观分子动力学模拟方法和基于连续介质假设的宏观数值模拟方法之间的一种介观数值模拟方法.与传统数值模拟方法不同,格子Boltzmann方法基于气体动理论,具有清晰的物理背景和粒子图像,能够非常方便地从底层刻画流体内部的相互作用,因而对多相多组分等复杂流体系统的模拟具有很大优势.近年来,该方法被应用到沸腾及冷凝相变传热的研究中,体现出了一定的优势与特色.与VOF, Level Set等界面跟踪或界面捕捉方法相比,格子Boltzmann方法中的气液界面可以自动产生、演化与迁移,无须采用任何界面跟踪或界面捕捉技术.此外,在相变传热的研究中,气泡或液滴可以自动成核,无须布置种子气泡或种子液滴.本文总结了近些年多相格子Boltzmann方法的发展,并结合作者的研究工作,重点评述了伪势多相格子Boltzmann模型的研究进展及其在沸腾与冷凝相变传热中的应用.     

有效势的改进计算和Higgs模型的对称性恢复相变

早在70年代,科学家就提出在高温高密条件下被自发破缺的规范对称性会得到恢复,并给出了研究这类问题的方法.近来弱电相变再次引起人们的极大兴趣,这是由于它对解释宇宙中的重子数不守恒有重要意义,同时宇宙模型也依赖这类相变的具体特性,即到底是一级相变还是二级相变.因此有必要更仔细地研究这类相变.分析相变的基础是有效势,但通常的有效势计算中存在两个困难.本文将利用硬热圈的重求和给出一种有效势的自洽计算途径,并利用它讨论Higgs模型中的对称性恢复相变.     

二维Lennard-Jones系统热力学性质的Monte Carlo模拟

采用正则系统ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟方法,研究了粒子间以Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ１２－６势能相互作用的系统的热力学性质。模拟的状态点广泛地分布于相图中的气、注单相区和气／液相转变区,侧重于考察气／液相转变区的热力学性质。在气／液相转变区内,模拟计算得到的等温线具有类似ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓ理论等温线的特性。