相场方法

摘要： 为了探究圆柱绕流下游非定常涡脱落对液滴的变形、聚结过程的影响,运用相场方法,建立了在圆柱绕流流场中液滴变形和聚结的二维模型.探究了在两相流圆柱绕流中,不同入口速度分布、流速以及液滴相对位置对液滴的变形及聚结的影响.结果表明:在平均速度相等的情况下,入口速度为抛物线型比定值更有利于液滴的聚结,发生聚结时间可缩短为定值的1/15.随着流速的增大,液滴对聚结效率、液滴拉伸程度也增大,流速每增大0.5 m?s-1,液滴发生聚结时间缩短1/5左右,但当流速大于2.0m?s-1时,聚结效率趋于定值;在变形过程中,液滴的长短轴之比由4.77增大为8.00.液滴对之间的夹角从0°增大到90°时,其聚结效率越来越低,夹角每增加15°,液滴间发生碰撞聚结时间增加0.1 s时间,当夹角增大到90°时,液滴不会发生碰撞.

摘要： 小液滴撞击壁面现象在喷雾冷却等领域都有广泛应用.为研究小液滴(微米)撞击热壁面(非沸腾区)传热过程,建立了二维液滴撞壁瞬态模型,并采用相场方法对小液滴换热过程中对流热通量和导热热通量的大小进行了对比.研究结果表明:液滴撞击壁面初期形成"冷斑",有利于小液滴与壁面的传热;小液滴撞击壁面过程中热通量峰值存在于三相接触点附近,数量级在105—106 W/m2;小液滴撞击壁面过程中受壁面浸润性和液滴尺寸对传导热通量的影响较为显著,而速度和液滴尺寸对对流热通量的影响较为显著;大多数情况下,小液滴撞击壁面传导热通量数量级在103—105 W/m2,对流热通量数量级在104—106 W/m2,对流热通量大于传导热通量,在整个换热过程中占据主导地位.

摘要： 针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移.通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制.结果表明:超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4％ 的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.

摘要： 为了研究电脱水过程中水滴的微观变形形态,基于相场法建立电场作用下油包水乳状液中水滴聚并和变形行为的数值模型,采用王亮等的实验参数以验证该模型的准确性.结果表明:在匀强电场作用下,油包水乳状液中水滴粒径越大,油水界面张力越小,电压越大,电场作用下水滴的变形度越大,且电压对液滴变形影响最大,界面张力影响最小.在该文研究条件下,最优电压大小为14 kV,最优界面张力为0.024 mN·m-1.在非匀强电场作用下,方波作用下液滴的聚并速度最快,正弦波次之,锯齿波最差,最短聚并时间为0.14 s.此外,增大液滴聚并的稳定性需要同时考虑入口流速和电场强度作用,在入口流速在0.01～0.08 m·s-1时,电场强度需要控制在440～700 V·mm-1.

摘要： 相场方法在介观尺度范围内为复合材料的微观结构演化过程提供了一种有效的分析工具,填补了原子尺度微观模拟和宏观尺度模拟之间的跨度.本文首先综述了相场模型的理论基础,具体包括序参量选取原则、自由能泛函构建思路、相场动力学方程求解方法等.然后,介绍了相场模拟方法在复合绝缘材料本征构效关系、击穿演化机制、材料结构设计中的应用进展,并归纳出开展相场模拟有待深入研究的几个关键问题.分析指出,相场模拟可为复合绝缘材料的介电行为研究提供基础的方法论和半定量的解析手段,但目前仍缺乏涵盖不同建模尺度的统一仿真框架体系.

摘要： 乳状液破乳分离是目前高含水期油田开采过程中难以解决的技术问题,电场破乳方法具有高效清洁等优点,是解决该问题的有效手段.采用数值模拟与试验验证相结合的方法研究电脱水过程中阶跃、斜坡电场诱导下双液滴的聚合与分离特性.结果表明,在斜坡电场作用下,界面张力引起的泵吸作用大于电场力引起的颈缩作用,有利于液滴聚并,且液滴发生二次乳化现象的概率降低.而施加阶跃电场时,一定范围内能够达到液滴破乳的目的,但液滴在聚并过程中易发生二次乳化现象.从电场对连续相影响的角度分析发现,阶跃电场不仅对液滴具有驱动作用,对连续相的影响也较为明显,阶跃电场会增大连续相内湍流作用,不利于电脱水过程.因此,采用斜坡信号诱导液滴聚合能够降低二次乳化现象发生的概率.

摘要： 基于铁电材料极化模拟的相场模型,结合半导体器件方程建立了金属-铁电-绝缘层-半导体结构铁电场效应晶体管(FeFET)性能研究的理论模型,利用蒙特卡方法模拟分析质子辐照产生的缺陷对FeFET性能的影响.计算结果表明,当入射角度为0,能量为10~100 KeV的质子入射FeFET时,FeFET中铁电层的矫顽场和剩余极化强度随质子辐射产生氧空位数密度的增加而减小,这是由于位移损伤会产生氧空位,氧空位产生缺陷偶极子,进而导致铁电层的畴结构发生变化,最终导致BaTiO_(3)薄膜的极化发生变化;随着入射质子能量的增加,质子诱导产生的氧空位数密度增大,FeFET的剩余极化强度、矫顽场的绝对值和存储窗口均减小,开态电流稍减小,关态电流增加.研究表明,辐射会导致FeFET器件性能发生退化.

摘要： 液滴动力学在工业和自然科学领域有着广泛的应用和科研价值,其中最为典型的代表便是剪切流作用下的液滴变形特性.针对剪切流作用下三维液滴变形的动力学特性,利用相场方法进行了数值模拟.为了准确地描述表面张力作用下的两相不可压缩流动,采用了改进的Navier-Stokes-Cahn-Hilliard方程组,表面张力项和浓度对流项被添加于方程中来实现Navier-Stokes方程与Cahn-Hilliard方程的耦合;在数值求解方面,Chorin的投影方法被用于求解Navier-Stokes方程,并且Eyre的非条件稳定方法被用于求解CahnHilliard方程.数值模拟结果表明小Weber数条件下液滴更快达到稳定形态并且会随流动产生回转运动,更大的Weber数使得液滴呈现持续拉长变形.相同Weber数条件下,较大的Reynolds数会使液滴产生明显回转运动趋势.此外,液滴的变形程度也受到计算域上下边界的位置和速度的影响,边界距离液滴越近或者边界速度越大,液滴的变形程度越大.

摘要： 在半导体以及光电设备中,在衬底上生长的高质量薄膜引起了广泛的兴趣,薄膜的生长以及薄膜的表面质量对薄膜的性质有巨大的影响.由于薄膜和衬底之间广泛存在着错配应变,以至于薄膜生长超过一定临界厚度后,不可避免地引入位错,使得薄膜的表面粗糙度增加,降低薄膜质量.如何预测与描述薄膜的表面,通过控制生长方式以及生长速度降低表面粗糙度成为生长高质量最为关注的问题.近年来,由于相场方法可以避免追踪界面,并通过引入包含错配应变效应的弹性能进入热力学自由能计算,使得相场方法在研究模拟薄膜表面形貌特征方面有了广泛的应用.论文首先简单地介绍了薄膜生长的几种主要模式,临界厚度以及薄膜表面的不稳定性问题,随后重点介绍了近十余年来相场方法在计算薄膜表面问题,薄膜生长问题方面开发出来的一系列研究手段与研究成果,最后总结与展望,为未来相场方法在该领域的工作提供理论方向.

摘要： 铁磁性马氏体Ni2MnGa,因其既具有铁磁性,又具形状记忆效应,近年来被广泛的关注和研究.2003年Mullner等人通过在垂直于应力的方向上施加一定大小的磁场,发现当应力卸载之后,应变能够自动回复,但有一个滞后,存在伪弹性现象.Mullner等人认为,应变回复这个过程的发生是由于孪晶壁的移动,而滞后则起源于马氏体的塑性微观机制.这个现象随后被Oleg Heczko、Guang Li、N.Sarawate等人研究,他们发现,只有当磁场达到一定程度的时候,应变才能够回复,在较小磁场下表现出类塑性.目前,对这一现象的机理尚未见详细的模型化解释，本文研究磁场下NiMnGa合金伪弹性的相场方法。

摘要： 本文简要介绍了我们在晶体生长微观动力学过程模拟研究的一些初步结果。利用蒙特卡罗(Monte-Carlo，MC)方法研究二元合金生长动力学和电化学沉积模拟中的一些相关问题；用扩散界面模型中的相场方法模拟纯物质的晶体生长过程中枝晶生长形态。

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 相场计算方法在研究材料的相变以及微结构的演化上起到了很好的效果.传统上的控制畴构形演变的“金兹堡一朗道”方程从一个简单的.物理上可证的假设中得来.这种方法的正确性是被普遍认可和接受的.但同时它在一定程度上忽视了现代连续介质力学中基本平衡方程与材料本构关系之间的区别.本文才用最新发展起来的基于非平衡热力学框架下的连续介质力学来研究铁电材料中畴壁的演变和相互影响.进而，采用这种框架下的有限元法来研究低维铁电纳米结构中的环形畴结构.

摘要： 相场计算方法在研究材料的相变以及微结构的演化上起到了很好的效果.传统上的控制畴构形演变的“金兹堡一朗道”方程从一个简单的.物理上可证的假设中得来.这种方法的正确性是被普遍认可和接受的.但同时它在一定程度上忽视了现代连续介质力学中基本平衡方程与材料本构关系之间的区别.本文才用最新发展起来的基于非平衡热力学框架下的连续介质力学来研究铁电材料中畴壁的演变和相互影响.进而，采用这种框架下的有限元法来研究低维铁电纳米结构中的环形畴结构.

摘要： 相场计算方法在研究材料的相变以及微结构的演化上起到了很好的效果.传统上的控制畴构形演变的“金兹堡一朗道”方程从一个简单的.物理上可证的假设中得来.这种方法的正确性是被普遍认可和接受的.但同时它在一定程度上忽视了现代连续介质力学中基本平衡方程与材料本构关系之间的区别.本文才用最新发展起来的基于非平衡热力学框架下的连续介质力学来研究铁电材料中畴壁的演变和相互影响.进而，采用这种框架下的有限元法来研究低维铁电纳米结构中的环形畴结构.

摘要： 本发明公开了一种基于相场和温度场控制硅基内部微结构的方法。本发明利用硅原子的热扩散运动，基于相场和温度场研究硅基内部微结构的建模方法，建立起了硅基内腔稳定成型的计算模型，并通过改变外加热场，研究硅基内腔的成型变化机理，为微谐振腔制造的数值模拟提供了一条新的思路。

摘要： 本发明公开了一种用于测量锅炉二维气相Na浓度场和温度场的装置和方法，该装置包括：镜杆，镜杆的第一端开设有冷却风出口，镜杆的第二端开设有冷却风入口；沿镜杆的第一端至第二端顺序设置的耐高温透镜、三个光学成像镜片和窄波段三通道滤光片；相机保护壳，相机保护壳与镜杆的第二端相接；彩色CCD相机，彩色CCD相机设置在相机保护壳之内，彩色CCD相机具有用于对彩色CCD相机进行供电的电源接口和用于进行数据和控制信号传输的网络接口，其中，当镜杆的第一端伸入锅炉内时，锅炉内火焰的辐射光依次经过耐高温透镜、三个光学成像镜片和窄波段三通道滤光片进入彩色CCD相机的传感器上，以生成三种不同波长的单色火焰图像。

摘要： 本发明公开了一种测量气固两相流中固体颗粒三维浓度场、速度场的方法和装置。将粒子流发射管放置在由双视角立体镜和高速摄影机组成的高速立体视觉系统前，射流粒子经过双视角立体镜镜面折射，单个高速摄影机靶面可同时获得两个不同角度的粒子流图像，图像输入计算机后，由模式识别算法程序和三维逆向投影算法程序组成的程序模块对一幅粒子立体图像进行处理，得到粒子的瞬态三维浓度场，程序模块处理一系列微秒级时序变化粒子图像，得到粒子三维运动轨迹以及三维速度场。使用单相机系统稳定，克服了多相机系统结构复杂、同步性差的问题。

摘要： 本发明提出了一种流场耦合相场的确定多相烧结的形貌和物理场的方法，主要包括烧结相场模型的建立以及算法的提出，具体步骤如下：构建描述多相烧结过程的多项式型自由能；构建Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程耦合的多相烧结相场模型；对Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程构造空间差分格式和时间差分格式进行有限差分的求解；利用SIMPLE算法编写程序得到耦合模型的数值解；输出保守型相场、速度场变量、压强场变量模拟结果。本发明模型将相场理论与流场Navier‑Stokes方程耦合起来，能够定量分析烧结过程中形貌演化和速度场变化方式，为模拟颗粒重排、熔体渗透等烧结过程奠定了技术基础。

摘要： 本公开涉及基于镍基高温合金相场模拟数据库的相场模拟方法。根据本公开，通过建立实际镍基高温合金相关物理过程对应的相场模型，搭建了可耦合相场模型的镍基高温合金相场模拟数据库，获取了相场模型在不同温度下所需要的热力学和动力学模拟参数并将其分类存储在数据库中，为相场模拟计算提供了不同温度下的计算参数。通过存储特定工艺下相场模拟结果，为镍基高温合金的模拟研究和实际生产工艺优化提供了准确而快速的数据支持。根据本公开的方案，为镍基高温合金相场模拟提供了针对性数据服务，避免了重复的相场模拟过程，提供了不同工艺下丰富的相场计算案例。

摘要： 本发明公开了一种燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，包括：获取多个红外波段内火焰的红外辐射图像信息；建立各红外波段内火焰发射与红外辐射图像间的对应关系方程组；建立积分辐射源项比值与温度以及温度与参考浓度气体积分辐射源项值一一对应的数据表；求解方程组，得到气体在相应红外波段内的积分辐射源项值及其比值，并根据积分辐射源项比值与温度关系的数据表查找并计算得到火焰区域的温度分布；根据火焰区域温度分布，并结合步骤3的数据表以及步骤4中的积分辐射源项值，计算获得三维火焰的气体浓度分布。本发明首次将红外辐射图像与气体的积分辐射强度相结合以对火焰温度场与气体浓度场进行重建，可以用于工业现场的在线监控。

摘要： 本发明公开了一种用于测量锅炉二维气相Na浓度场和温度场的装置和方法，该装置包括：镜杆，镜杆的第一端开设有冷却风出口，镜杆的第二端开设有冷却风入口；沿镜杆的第一端至第二端顺序设置的耐高温透镜、三个光学成像镜片和窄波段三通道滤光片；相机保护壳，相机保护壳与镜杆的第二端相接；彩色CCD相机，彩色CCD相机设置在相机保护壳之内，彩色CCD相机具有用于对彩色CCD相机进行供电的电源接口和用于进行数据和控制信号传输的网络接口，其中，当镜杆的第一端伸入锅炉内时，锅炉内火焰的辐射光依次经过耐高温透镜、三个光学成像镜片和窄波段三通道滤光片进入彩色CCD相机的传感器上，以生成三种不同波长的单色火焰图像。

摘要： 本发明公开了一种基于相场和温度场控制硅基内部微结构的方法。本发明利用硅原子的热扩散运动，基于相场和温度场研究硅基内部微结构的建模方法，建立起了硅基内腔稳定成型的计算模型，并通过改变外加热场，研究硅基内腔的成型变化机理，为微谐振腔制造的数值模拟提供了一条新的思路。

摘要： 本发明公开了一种测量气固两相流中固体颗粒三维浓度场、速度场的方法和装置。将粒子流发射管放置在由双视角立体镜和高速摄影机组成的高速立体视觉系统前，射流粒子经过双视角立体镜镜面折射，单个高速摄影机靶面可同时获得两个不同角度的粒子流图像，图像输入计算机后，由模式识别算法程序和三维逆向投影算法程序组成的程序模块对一幅粒子立体图像进行处理，得到粒子的瞬态三维浓度场，程序模块处理一系列微秒级时序变化粒子图像，得到粒子三维运动轨迹以及三维速度场。使用单相机系统稳定，克服了多相机系统结构复杂、同步性差的问题。

摘要： 本发明提供一种液相‑气相沉积碳纤维/碳复合热场材料及其制备方法。本发明通过浸渍纳米碳纤维‑复合碳纤维布‑针刺加强‑多层复合和针刺‑浸渍树脂+固化‑碳化‑CVD气相沉积等材料结构的设计和工艺过程制备出一种密度高、强度高、收缩率低、热场传热性能好、抗氧化性高、纯度高、且制备工艺相对快速的高强高密度碳纤维/碳复合热场材料。碳纤维/碳复合热场材料的密度可以控制在1.5‑1.8g/cm3，弯曲强度可以达到150‑180MPa，抗压缩强度可以达到230‑280MPa(⊥)，90‑110MPa(∥)，线收缩率低于9×10‑6/K(⊥)，1×10‑6/K(∥)。灰分可以控制在质量分数小于0.02％，在面内的导热系数可以达到30W/mK，在Z向上的导热系数可以控制在7W/mK以内。