静磁场下热电磁效应及其对凝固组织的影响

由于塞贝克效应,当施加一个温度梯度时,在凝固界面将会产生一个热电流。在磁场下定向凝固过程中热电流和静磁场相互作用将会产生一个显著的热电磁力。此磁力将会诱发各种现象,比如液体搅拌、固相运动以及固相受力。由于在金属的凝固过程中常常存在温度梯度,这些效应将会普遍存在。在较小和适度的磁场下热电磁力将促进液体的流动,在较强的磁场下其将抑制液体的流动。另外,热电磁流有多尺度效应,即尺度越小,抑制液体流动所需的磁场越高。至今,已经完成了大量涉及多种合金的实验,所有的实验结果均表明在凝固前沿和糊状区均存在热电磁流。热电磁流动显著地影响凝固过程中微观和宏观偏析、凝固组织以及糊状区晶界结构。热电磁流动的方向以及相应的偏析可以通过改变磁场的方向而被控制。另一方面,作用于固相的热电磁力也将显著地影响固相凝固组织,表现为固相所受的热电磁力导致枝晶的断裂、枝晶碎片的运动和柱状晶-等轴晶转变等。近年来,同步辐射X射线成像技术被应用于实时观测在横向磁场下定向凝固过程中枝晶的生长行为,观察在磁场下枝晶发生断裂和枝晶碎片沿一定方向运动的行为,这进一步证实了磁场下热电磁效应在凝固过程中显著地影响凝固组织。

电流通入瞬间导电板内裂尖附近的热电磁效应

研究了在向含裂纹的无限大导电薄板中通入电流的瞬时 ,裂纹尖端附近的电磁场和温度场。给出了导电薄板中裂纹尖端区域附近的电流密度以及由于集中效应而产生的焦耳热源功率的表达式。在此基础上 ,通过对热传导方程的求解 ,推得了裂纹尖端区域处温度的具体表达式。数值算例证实了 ,在给定参数的情况下 ,适当强度电流的通入 ,可使裂纹尖端处温度升高以至熔化 ,形成焊口 。

静磁场下热电磁效应的数值模拟研究

根据电磁场理论和热电效应多物理场方程,建立了静磁场下金属材料定向凝固过程多场耦合模型。利用有限元方法对静磁场下对Pb-Bi合金材料定向凝固过程中试样尺度和枝晶尺度上的热电磁效应进行了数值模拟,并进行了定向凝固实验验证,实验结果与数值模拟结果相吻合。此外,对Fe-Ni、Pb-Bi、Cu-Sn和Zn-Cu四种合金系定向凝固过程中热电磁流动随磁场的变化进行分析。结果表明,施加静磁场会导致固液界面附近产生热电磁力和热电磁流动。随着磁场强度的增加,热电磁力逐渐增大,热电磁流动先增大后减小。对于不同合金,静磁场对热电磁流动的影响不同,达到最大热电磁流动所需施加的磁场强度也不同。

通电瞬时板内半无限长裂纹尖端域的应力场

以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点，借助于边界条件和初始条件，推得了在向含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板内通入电流的瞬时，裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上，得到了裂纹尖端区域处温度和应力的具体表达式。算例表明，在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖区域处的温度将瞬时升高，并伴有压应力的产生，从而可达到阻止裂纹扩展的目的。

载流板中半无限裂纹形成瞬间尖端域的应力场

给出了载流无限大薄板在形成半无限长裂纹的瞬间，尖端附近的温度和应力的具体表达式．通过算例表明：在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖区域处的温度将瞬时升高，并伴有压应力的产生，从而可达到阻止裂纹扩展的目的．

静磁场下高温合金定向凝固组织与缺陷的研究进展

磁场下定向凝固为高温合金凝固组织优化与缺陷控制提供了新的思路。本文综述了近年来静磁场下高温合金定向凝固的研究进展。在作用机理方面,重点介绍了静磁场下高温合金的热电磁效应及其模拟研究结果;在凝固组织方面,系统总结了横向静磁场和纵向强磁场对定向和单晶高温合金枝晶组织、γ/γ′共晶和γ′析出相等的影响;在缺陷控制方面,探讨了静磁场对高温合金枝晶偏析、杂晶等缺陷的影响机制。展望了磁场作用下通过凝固制备高温合金的突破点和未来发展趋势。

A Study of the Influence of Solid Particles on Boiling Hysteresis

Experiments have been performed to determine the effects on boiling hysteresis of locally fluidized particles contained in a liquid that serves as coolant for electronic equipment.The results show that locally fluidized particles can diminish boiling hysteresis.