电流变液的相变研究

本文分别运用热力学理论与统计物理方法研究了电流变液的相变问题。     

电流变液的频率响应

用理论分析和动力学方法， 由无膜粒子和有膜粒子分别与绝缘油组成电流变液的介电弛豫，发现某些电流变人有强烈的频率依赖性，得到了随频率变化的固－液转变的临界转变频率和转伪淦德士矶龋致哿烁Ｗ加膜对电流变效应的影响和水的活化作用，同时，进行了动力学模拟，结果与理论分析相吻合。     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

电流变液的固态结构

电流变体系在外场作用下形成一定的固态结构,而其性能与所形成的结构密切相关.不考虑体系非静电力时,体系自由能为静电能的负值,而静电能与有效介电常数成正比.基于Maxwell-Wagner模型,推导出有效介电常数关于颗粒体积比的一系列正幂项解析表达式,计算球颗粒悬浮于介质或导电液体中构成的3种立方结构的有效介电常数.计算结果表明:电流变体系中球颗粒为介质球或是导体球构成3种立方结构中FCC结构具有最低的自由能.电流变液在由液相向固相转变的过程中,形成的固态结构为FCC结构.     

对电流变体系相变的进一步讨论

从二个不同的侧面,进一步讨论了电流变体系的相变问题, 使人们更清楚地理解电流变体系相变的物理本质.以前的讨论只考虑了由于悬浮颗粒的极化所导致的吸引作用,而忽略了实际存在的排斥作用.考虑了排斥作用后,所求出的临界电场,除了与温度和介电常数有关外,还与颗粒之间的排斥作用有关,弥补了以前讨论中存在的不足.     

电流变液和电流变效应

对电流变液的研究进行综述,涉及的内容有：电流变效应的机理、电流变液体材料及其力学性能、应用和展望。     

电流变液的研究进展与存在问题

电流变液是具有高介电常数的固体微粒分散于低介电常数的绝缘液体中所形成的一类稳定悬浮液。作为近年来发展较快的一类智能材料,由于其具有在液体和固体之间进行快速可逆转变的特性,因此在机电一体化控制、汽车、通用机械等领域有着广泛的应用前景,并有可能在这些部门引起革命性的变化。本文详细评述了电流变液在作用机制,材料,应用等方面的研究现状,并提出了电流变液研究中尚待解决的问题。     

电流变液悬浮颗粒设计初探

建立了外加稳恒电场下悬浮颗粒的等效电偶极子模型,计算了两种特殊情形下电偶极子链对外围单个电偶极子的短程吸引力,提出了对分散颗粒在结构和材料上进行设计的思想。     

电流变液中的电导率效应研究

基于Maxwell-Wagner模型,推广基于多极展开原理的Rayleigh方程研究电流变体系的电导率效应,计算了其有效介电常数和剪切模量,结果发现颗粒球为导体时颗粒间相互作用力对它们间的距离十分敏感。在高频率外场作用下,体系剪切模量仅由颗粒和液体的介电常数决定而与其电导率无关,在低频率外场作用下,体系剪切模量则由颗粒和液体的电导率决定。     

用MD方法计算磁场条件下水的表面张力系数

本文采用分子动力学模拟（Molecular Dynamics simulation简称MD）方法对不同磁场和温度条件下水体系的表面张力系数进行了计算。结果表明水的表面张力系数和磁感应强度之间具有多极值关系，特别在常温下以及磁感应强度为0.25T时，磁场对水体表面张力系数的影响最为明显。通过对径向分布函数的计算发现，磁场可以影响g(r)的分布，使水的结构发生变化，从而导致水的表面张力系数发生改变。     

磁化增注机理的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法，从分子水平对磁化增注的机理进行了模拟研究。计算结果表明在优化磁感应强度范围内，水的表面张力系数和粘滞系数降低，使水的渗透性和流动性增强，达到增注的目的；在此基础上，从结晶学的角度对磁化防垢的效果进行了分析，研究表明经优化磁场处理后，水溶液的临界晶核半径减小，晶体成核速率和生产速率明显增加，溶液的过饱和度迅速降低，晶体的长大受到限制而形成较小的结晶颗粒，析出的固相将有更多的部分悬浮于水中，易于随水流动而减少沉淀，从而达到防垢、增注的效果。磁化增注效果在B=0．25T时最为明显。     

分子动力学模拟方法及其误差分析

以液态水体系为例进行了正则系综的分子动力学模拟计算，并将模拟结果与实验和文献结果进行比较。分析认为误差的产生主要是由于模拟过程中所采用的位能模型、算法和其他模拟参量不够准确造成的。由于误差产生的原因具有多样性，且各种因素是相互影响、相互制约的，所以实际模拟时，应在精度和误差之间作出平衡，以达到最佳的模拟效果。     

用MD方法计算磁场条件下水的粘度

将水系统视为正则系统,采用分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation简称MD)对磁场作用下水的内能、粘度和径向分布函数进行了计算。研究结果表明：磁场可以影响g(r)的分布,使水的结构发生变化,从而导致水的粘度发生改变;粘度与外加磁场强度的关系呈多极值特征,且在B＝0．25T以及常温下磁化效果最为明显。     

磁场对水扩散系数影响的分子动力学模拟研究

将水系统视为正则系综，采用分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation简称MD）方法对磁场条件下水的扩散系数进行了计算。结果表明水的扩散系数与外加磁场强度的关系是多极值关系，且在B＝0.25T以及常温下磁化效果最为明显；通过对径向分布函数的计算发现：磁处理对水理化性质的影响，主要是由于磁场改变了水的径向分布函数，使水的结构发生变化，从而影响了水的扩散系数，增大了水分子的活性和渗透性。     

纳米磨削过程中分子动力学计算机仿真实验

采用分子动力学方法,建立磨粒和工件的原子模型,从分子和原子空间角度观察微量磨削过程的磨削能量消耗、应力状态、磨削力和磨削温度等,并解释了微观材料去除和表面形成机理。研究表明：晶格重构原子与一部分非昌层原子堆积在磨粒的前上方。由于磨粒不断前移最终形成磨屑而实现材料去除;由于磨粒不断前移,处在磨粒前下方面的非晶层原子在压应力的作用下与已加工表面层断裂的原子键结合重构形成已加工表面变质层;变质层由内外两     

电离层F层动力学数值模拟

中、低纬电离层Ｆ层动力学的数值模拟通过研究等离子体的连续性方程和运动方程进行，等离子体的输运过程顺电磁漂移的运动坐标系中运算。计及双极扩散、温度、中性风、电磁漂等影响。     

PYRO-JET燃烧器冷模特性的数值模拟试验

采用CFD(Calculation of Fluid Dynamics)三维湍流场数值摸拟软件研究PYRO-JET燃烧器和传统三通道燃烧器的冷模湍流场,结果表明:PYRO-JET燃烧器的卷吸率远大于传统的燃烧器,中心区回流率比传统的燃烧器低,外风速最佳操作值应控制在300 m/s左右,且外风速度大小对回流量影响不明显.     

压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。