金属辐照氦脆的统计理论

在非平衡统计断力学的基础上研究了辐照条件下金属的氦脆断裂问题；明确了高温氦脆（ＨＴＨＥ）的微观机理，建立了晶界上氦泡形核和长大模型，推导出氦泡形核和长大速率公式。应用氦泡演化方程得到氦泡密度分布函数和材料寿命，所得计算结果与实验值一致。     

钨基辐照材料纳米氦泡诱导位错成核的分子模拟

基于分子动力学模拟,系统研究纳米氦泡的内压、孔径和温度对钨基辐照材料位错成核机理的影响.首次采用微动弹性带(nudged elastic band,NEB)方法对氦泡诱导位错成核的能垒进行分析.研究发现,存在一个极限氦/空位比,当氦/空位比超过该极限值时,纳米氦泡通过内压驱动位错成核、位错竞争与反应、交滑移等微观机理生...     

辐照金属氦脆的非平衡统计理论

运用非平衡态统计物理学方法建立了辐照金属氦脆断裂的统计理论.利用辐照金属中氦泡密度分布函数和氦泡的平均断裂半径,讨论辐照金属氦脆断裂的宏观性质,包括材料的断裂几率,可靠性、材料的肿胀率、材料寿命及断裂延伸率.得到理论与实验结果较好的符合。     

晶体镍中氦泡生长的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了面心立方金属镍中氦泡的膨胀和融合过程。通过原子分布示意图、径向分布函数等方面的分析研究发现,在温度较低时,随时间的演化,原相隔五层镍原子的两氦泡逐渐聚拢,同时周围出现大量空位、间隙原子、位错等缺陷结构;两氦泡最终连为一体,氦泡周围的镍原子构成一菱形位错区域。温度较高时,两氦泡融合速度加快,融合区域增大,这对于研究材料中的杂质、缺陷、孔洞、裂纹的扩展、贯通机理具有重要意思。     

水汽在细微颗粒表面异质核化数值分析

建立蒸汽在同时含有不溶物质与可溶成分的粗糙颗粒表面核化特性数值实验平台,对水汽异质核化晶核形成自由能、成核速率、成核几率、成核临界饱和度、平衡水汽饱和度进行数值分析.结果表明:可溶性盐含量对成核自由能势垒、成核临界饱和度无影响,但对晶核越过自由能势垒进一步长大过程自由能及平衡水汽饱和度影响显著.用自仿射分形理论描述粗糙颗粒表面,将表面粗糙程度与接触角联系起来,研究发现:颗粒表面粗糙度降低了成核自由能势垒,引起成核速率与成核几率迅速增大,成核临界饱和度降低,而对晶核进一步长大过程中水汽的平衡无明显影响.较高的可溶性盐含量有利于核化液滴的长大;颗粒表面越粗糙,越易于核化.     

熔盐电镀.I.电化学成核及其在离子扩散控制下的长大

研究电化学成核和长大可为熔盐电镀找到一些控制镀层质量的方法,对熔盐电镀很重要。 电化学成核和长大是通过电化学反应生成新相的过程,其基本关系过去都是从气—液相变和液—固相变的关系导出的。本文利用两个带电的简单相之间的平衡条件——电化学势相等,导出了电化学成核和长大的基本热力学关系和晶核密度(或成核速度)公式。本文还利用溶液中离子的半球形扩散方程,并考虑成核和长大的特点,导出了恒电势下半球形晶核形成和长大的暂态极化公式。推导过程比过去更加直接明瞭,所得的一些关系比经典理论更加普遍,因而更易于理解。     

高铁赤泥煤基直接还原中铁晶粒成核及晶核长大动力学

研究了高铁赤泥煤基直接还原中铁晶粒成核及晶核长大动力学．结果表明，可采用Ａｖｒａｍｉ－Ｅｒｄｅｙｅｖ模型描述赤泥煤基直接还原中铁晶粒成核及晶核长大动力学．用反应活性好且挥发份适量的煤还原赤泥时，铁晶粒成核及晶核长大速率均较大；催化剂具有促进铁晶粒成核及晶核长大速率之作用，且对于铁晶粒成核而言，温度效应稍大于催化剂的催化作用，而对于铁晶核长大而言，则催化作用大于温度效应．     

相互作用势对氦在α-Fe中行为的影响

采用分子动力学方法研究了不同相互作用势对氦在α-Fe中行为的模拟结果的影响,发现不同的作用势会影响到单个氦原子在α-Fe中的稳定位置,但对氦泡中氦原子的分布无实质性影响.     

钚中空位对氦泡生长影响的动力学Monte Carlo研究

对于氦在金属中的行为特性研究,人们已经做了大量工作;但对于金属钚,这方面的工作仍然非常少.钚的自辐照效应可以在自身引入大量的空位和氦原子,这些空位及氦原子扩散、聚集,会对材料性能造成不良影响.本文采用动力学Monte Carlo(KMC)方法,分别建立了纯氦模型和空位模型,进行模拟研究,发现空位对氦泡生长速度、生长形态都有明显的影响.     

钚中空位对氦泡生长影响的运动学Monte Carlo研究

对于氦在金属中的行为特性研究,人们已经做了大量工作;但对于金属钚,这方面的工作仍然非常少。钚的自辐照效应可以在自身引入大量的空位和氦原子,这些空位及氦原子扩散、聚集,会对材料性能造成不良影响。本文采用动力学Monte Carlo（KMC）方法,分别建立了纯氦模型和空位模型,进行模拟研究,发现空位对氦泡生长速度、生长形态都有明显的影响。     

溶解气驱过程中的分形生长模型

临界气体饱和度是溶解气驱过程的重要参数,在不同的领域内它的定义不同,因此,不加说明易产生混淆。应用气体气泡的生长过程确定了临界气体饱和度,从宏观和微观的结合上来理解溶解气驱的机理。建立了分形生长过程的偏微分方程模型（ＰＤＥ）,并给出相应的定解条件,将分形生长过程问题归结为具有移动边界的自由边界值问题。在一定的条件下,这个方程的自由边界值问题可应用拟静态近似分解为一系列稳定问题来求解。在渗滤网络上应用拟静态近似对气泡的生长进行了模拟计算,分析了单集团生长和多集团生长过程中生长构型的分形特征,研究了过饱和度和核化分数等对气驱过程中气泡生长的影响。     

煤层气分子成泡的微观过程研究

运用化学理论对煤层气分子(主要成分为甲烷)在地层水的溶解和成泡过程进行了描述,对成泡过程的受力与做功进行分析,并结合生产实际讨论了温度、生产压差、地层水矿化度、压力降和孔隙介质的大小对甲烷分子成泡规律的影响.研究表明:甲烷分子在水中成泡包括甲烷分子在水中的溶解、局部聚集成核、成泡与气泡的破裂和气泡的生长与稳定4个过程.上覆压力越小,开发的压力降越大越有利于甲烷分子脱附后形成稳定的气泡;在煤层气开发初期,甲烷以扩散方式运移,低温和低矿化度有利于气泡的生成.     

纳米结构9Cr-ODS钢的微观结构及对氦泡形成的影响

以采用机械合金化和热等静压法制备的纳米结构9Cr-ODS钢为研究对象,利用高分辨率透射电镜和扫描透射电镜的高角环形暗场像等手段分析了9Cr-ODS钢的微观结构特征;利用400keV离子加速器向9Cr-ODS钢及无ODS的Eurofer97钢中注入4×1017/cm2氦离子,对比了氦泡尺寸.结果表明:纳米结构9Cr-ODS钢的平均晶粒尺寸约05μm,存在两种尺寸不同的析出相:超高密度弥散分布的纳米尺度Y2Ti2O7析出相和倾向于在晶界形成的尺寸较大的Mn(Ti)Cr2O4析出相.ODS钢中的氦泡尺寸明显小于Eurofer97钢,说明纳米析出相对粗大氦泡的形成有明显的抑制作用.     

一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型

裂变气体释放(FGR)对燃料元件的热力演化过程有着极其重要的影响,准确地模拟反应堆中裂变气体释放是燃料元件性能分析程序开发的最基本内容之一, 也是重要的评价准则. 本文围绕快堆边界下的裂变气体释放行为展开详细论述,基于气体原子与气泡行为模型,模拟了晶内气体原子的产生、自由扩散、俘获-再溶解等行为,以及晶内气泡的形成、生长、融合、移动等行为.模拟了晶界气泡的生长、连接、通道形成与气体释放等过程. 通过数值方程组离散和迭代计算,建立了一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型. 经过与理论及实验数据对比,结果显示该模型能准确预测燃料元件的裂变气体释放份额与气体肿胀量,能较好地模拟晶内气泡浓度与尺寸. 表明该模型可以用于快堆燃料元件性能分析.     

金属钨中氦团簇扩散与形核特性的分子动力学研究

本文应用分子动力学方法模拟研究了氦团簇在金属钨中的扩散特性,得到了不同大小团簇的扩散系数,结果表明氦团簇越大,扩散越慢.氦团簇越大越容易激发出自间隙钨原子,且大的氦团簇只需要很低的钨基体温度即可激发.在金属钨中加入125个氦原子（氦浓度低于0.1%）,研究了氦团簇的形核特性.通过比较氦团簇、自间隙团簇和空位团簇3种缺陷的尺寸分布发现,氦团簇的尺寸在800 K达到最大值,其它两种缺陷尺寸随温度的增加而逐渐增大.     

加热丝上沸腾核心心间热相互作用探讨

分析讨论了加热丝上汽泡生成对加热丝温度的影响。说明一个活化核心的起泡对周围其他活化核心起泡的影响。以及对其自身起泡的影响。同时讨论了两个核心之间起泡的相关性,分析中还发现由于汽泡生长造成的局部温度下降是加热丝表面沸腾需要较高过热度的一个原因,最后进行了数值模拟实验,数值计算和解析分析结果吻合较好。     

纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

为了探讨壁面浸润性与流体初始密度对气泡核化位置以及纳米气泡在凹槽内生长核化影响规律,本文采用分子动力学方法研究纳米结构微通道内液体氩的沸腾核化过程。通过改变固液势能的相互作用参数来调整壁面浸润性。结果表明：纳米凹槽壁面浸润性对气泡核化过程具有重要的影响。一方面,当固体表面的浸润性较弱时,凹槽内流体受排斥力的作用,原子排布比较稀疏,原子碰撞频率增大,局部活化能聚集,从而导致气泡在纳米凹槽内形成。另一方面,当壁面浸润性较强时,气泡会在微通道中央形成。此外,区别于均质浸润性纳米凹槽内气泡曲率半径及接触角保持不变的核化动力学行为,其在异质亲疏水匹配的纳米结构微通道内产生了显著的差异。当壁面浸润性维持不变,核化气泡的曲率半径随着流体初始密度增大而增大,与之相反,稳态接触角却随之减小。     

钢液/（N2、H2）过饱和体系中气泡生长的数值分析

采用水/CO2体系模拟研究钢液/( N2、H2)过饱和体系中气泡生长动力学行为，分别建立水溶液和钢液中气泡形核长大机理模型。基于三种不同的气泡生长数学模型，分别研究水/CO2和钢液/( N2、H2)体系数学模型中气泡生长动力学，并采用水模型实验数据对数学模型进行验证。分析钢液/( N2、H2)体系前期和后期处理压力以及钢液深度等因素对气泡生长的影响。研究表明：采用气泡浮选去除夹杂物技术时，前期处理压力对气泡生长有显著促进作用；后期处理压力对气泡生长有阻碍作用，随着后期处理压力的升高影响逐渐加强；钢液深度对气泡生长有阻碍作用，随着钢液深度的增加影响逐渐减弱；相比氮气，钢液中氢气气泡析出长大更快。