癸二醇和十二烷二醇及其混合物的液固相变研究

使用差示扫描量热法(DSC)和红外光谱法(IR)对1,10-癸二醇(1,10-C10H22O2,A)与1,12-十二烷二醇(1,12-C12H26O2,B)及其二元混合物系统液固相变进行研究。测定了该二元混合系统的相变温度、相变焓和液固平衡相图。该二元系统存在低共熔混合物,其组成为xB=0.333,低共熔温度为328 K。该二元混合系统的IR图谱显示存在氢键缔合现象,长链烷烃中的亚甲基在晶格中是有序规则排列的。该系统具有较低的相变温度和较高的相变焓,是一种潜在的低温储能材料。

可注射磁性液固相变材料用于骨肉瘤的磁共振成像与低温磁热治疗研究

过高温可诱发肿瘤周围正常组织产生炎症以及热辐射损伤。因此研发一种能在相对较低温度下(例如43℃)即可实现肿瘤细胞高致死率的磁性材料对于磁热治疗的临床应用至关重要。本研究聚焦低温、安全、高效磁热疗,选取FDA批准的液固相变材料聚乳酸–羟基乙酸(PLGA)为原料,装载一步温和还原法制备得到的超顺磁性氧化铁纳米颗粒,用于磁共振成像和磁热升温;进一步在PLGA中装载热休克蛋白HSP90的小分子抑制剂–表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG),抑制机体受热保护功能,实现较低温度下杀死肿瘤细胞。体外实验结果表明,制备得到的超顺磁性氧化铁纳米颗粒不仅拥有良好的T2加权成像性能,还具有优良的磁热升温性能。所制备的PLGA/Fe3O4/EGCG复合材料在交变磁场下控制升温至43℃并保温40 min后发现肿瘤细胞死亡率达70%,显示出针对骨肉瘤低温磁热治疗的良好潜力。这种可注射磁热相变材料将为骨肉瘤的治疗提供新的思路和材料支撑。

适合海上60～90℃储层的液固相变支撑剂相变性能评价

新型相变压裂技术主要利用液固支撑剂材料对温度的响应,在注入时以流体形式进入地层,在相应条件下通过液固相态转变形成既能支持裂缝又具有导流能力的独立的固体支撑剂。该液固相变支撑剂相变性能的评价结果表明随着温度的升高,开始相变时间、完全相变时间和形成耐压相变固体时间越短;且不同矿化度对液固相变支撑剂的相变没有影响;动态和静态对液固相变支撑剂形成的固体有一定影响。

三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的热物理性质与液固相变机理

本文系统研究了三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x(x=10,20,30,40,50 at%)合金的热物理性质及其在近平衡条件下的微观凝固组织特征.采用差示扫描量热法(DSC)确定了合金的液相限、固相限温度和熔化潜热,并建立了它们与合金成分之间的函数关系.实验发现,Sn元素的引入提高了液态三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的过冷能力,当Sn含量为50 at%时,合金的过冷度达到最大值68 K.基于DSC曲线和微观组织形态确定了近平衡条件下合金的液固相变过程和室温下的相组成,发现当Sn含量低于30 at%时,初生相为(Co)相,而当Sn含量超过30 at%时,Co3Sn2相成为领先形核相.在293—473 K温度范围内,实验测定了固态三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的热扩散系数和比热.结合所测定的固态合金密度,导出了三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金在室温293 K下的热导率,发现其随Sn含量的增加呈现先增大后减小的变化规律.

潜心耕耘液固相变 晶体金属莲开并蒂——凝固与晶体生长分论坛侧记

可控的液-固相变是金属材料制备与成型加工的核心技术之一,也是功能晶体生长的重要途径,其内容涉及熔体结构相变及其形核行为、熔体中的晶体生长过程与形态演变、结晶界面的溶质分凝及由此引起的扩散或成分偏析、多相组织的形成过程及其规律、非平衡液固相变及非平衡组织的形成和材料微观及宏观结构缺陷的形成等。上述问题对于不同材料的制备、合成、成型、加工既有共性原理,又存在着复杂的变化。

浅析Ansys有限元软件对液固相变过程的模拟和数值计算

ANSYS(Analysis System)是大型商用有限元分析软件,广泛用于动力,土木工程,机械,生物医学的数值计算,具有强大的分析多物理场的功能。该软件在目前绝大多数主流的操作系统中可以运行。

静电场中水分子的扩散与液固相变

扩散与相变是本科阶段基础物理教学的重要内容.本文以体相水分子系统为例,基于分子动力学模拟,研究静电场环境下水分子的扩散和相变.在较小电场强度情况下,水分子表现出显著的大角度跳跃转动,且转动频次随电场呈先增加后减小的非单调行为.这种大角度跳跃转动的反常电场依赖性与水分子扩散系数随电场强度变化的非单调性存在较强相关性.在电场强度较大时,水分子系统发生液固相变,即电致结冰,并观察到了两种冰相沿电场方向的层状混合堆叠结构.该分子动力学模拟有助于学生从微观层次理解分子扩散与相变等物理现象的分子机制,可作为教学实例培养本科生的科研实践能力.

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。

砂土液化后液-固相变机理的单元试验与模拟

液化后砂土流动是一个涉及液相向固相转化的过程。针对目前常规三轴加载模式在进行松砂液化后性质研究中存在局限性的现状,提出应力与应变控制相结合的加载方法,获取初始液化状态,开展液化后松散土体流态化性质研究。基于试验结果,引入液-固相变参数,耦合流体本构与固体本构关系,建立可统一描述液化后土体应力应变关系的经验模型,实现不同密实度条件下砂土液化后液-固相变转化全过程力学行为的模拟。

液固对流相变问题的焓式有限元法

本文基于焓的对流扩散方程,提出一种求解具有糊状区液固相变对流传热问题的有限元方法,避免了通常采用温度对流扩散方程进行数值求解所带来的许多困难,对问题的解决更加自然、简便。算例表明,本文提出的方法是有效且可行的。

基于虚拟仪器的Cu合金液固相变温度测量系统

从黑体辐射测温出发研制了一套基于Lab VIEW虚拟仪器的液固相变过程温度实时采集与分析系统,并以Cu合金液固相变过程为例,由光谱仪采集辐射光谱信号并传输至计算机中进行处理和分析,利用最小二乘法拟合得出Cu合金液固相变过程中温度随时间的变化曲线。试验结果表明,该系统平均采集时间为0.25 s,可实现Cu合金液固相变过程温度的实时准确测量,在快速辐射测温场合具有一定的应用前景。

过冷水滴液-固相变动力学特性研究

采用非等温DSC法,对过冷条件下水滴的液-固相变动力学特性进行了研究,获得了水滴结晶过程的速率常数、时间指数和Avrami指数。研究表明,降温速率对水的结晶行为影响较大。降温速率越大,则结晶速率越大,结晶峰温和结晶初始温度向低温方向移动,结晶的完善程度相对越差。在-40℃～0℃温度范围,水滴的结晶以异相成核的三维球晶方式生长。

凝相粒子相变及微观传热对喷管内两相流动换热的影响规律研究

固体火箭发动机喷管燃气中氧化铝凝相粒子与环境间的传热及凝固过程影响了喷管两相流动换热过程。构建了凝相粒子的微观传热模型—粒子与环境间的对流换热、辐射换热及液-固相变模型,并将粒子微观传热模型与喷管内一维两相非平衡流动模型进行耦合计算,获得了考虑凝相粒子相变及微观传热对喷管内非平衡两相流动传热的影响规律。结果表明:基于Drake模型计算喷管内粒子与环境间对流换热的精度最高,对于粒子而言辐射传热远小于对流传热,占比仅为0.041%。考虑粒子液-固相变时,计算得到的气相和凝相粒子出口温度显著高于不考虑相变的,而出口速度则略为升高。当喷管入口温度为3000 K时,与无相变的结果相比较,气相和凝固粒子的出口温度分别高出25.5%和26.7%,而出口速度则分别高出1.2%和0.5%。

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型，通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算；根据连续铸造特点，提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数，避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-（3.5-10）%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟，并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明：合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响，当合金质量分数在（8-10）%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.

蓄热相变对煤体渗透率的影响作用研究

为研究热环境下液固膨胀相变对煤体增透的作用,在蓄热相变对煤体增透实验的基础上,获取了蓄热相变作用下煤体渗透率和T2弛豫时间谱变化特征,分析了蓄热相变作用对煤体渗透率和孔裂隙结构的影响。研究结果表明:蓄热相变作用下煤体渗透率增幅最大达到150.8%,蓄热相变作用所提供的热环境可以促进相变膨胀对煤体增透的效应;煤体T2弛豫时间在10~50 ms之间和100 ms左右的谱峰值上升较高,增幅分别为15.36%及18.03%,且介于2个谱峰之间的T2值增幅最大达到47.11%,蓄热相变主要通过增加中大孔和裂隙的数量以及两者之间孔裂隙结构的连通性进而增加煤体的渗透率。

电流变体系中的相变

基于点偶极子模型 ,用统计的方法计算电流变体系的自由能 ,考虑体系中粒子的渗透压 ,研究其液 -固相变 .理论研究结果表明 :当外加电场强度大于一临界值Ec 时 ,渗透压变为负值 ,体系发生由液相向固相的转化 .

半连续铸造组织的多尺度模拟及半固态合金设计

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程中微观组织的演变,提出了基于微观组织演变模拟的半固态合金设计方法。针对连续铸造过程建立了温度场及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度的计算联系起来;用外推法建立的连续铸造出口处的非物理边界条件对稳态温度场的计算精确高效;通过多尺度模拟研究了合金成分、浇注温度和浇注速度对Al-Cu合金凝固组织及成分分布的影响。结果表明:晶粒以枝晶方式生长,不同取向的相邻晶粒相遇时形成Cu合金含量较高的晶界;当Cu合金含量为8.00%时,铸造速度和浇注温度对组织形貌的影响较小,可获得大小和分布均匀的半固态合金组织。对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与试验结果吻合。研究表明多尺度模拟是半固态合金设计及其工艺参数预测的有效方法。

铸造速度对Al-1.2Mg-0.7Si半固态合金组织演化影响的多尺度模拟

利用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程铸造速度对Al-1.2Mg-0.7Si合金凝固组织的影响。建立了温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观尺度上的温度场计算和介观尺度上的微观组织模拟耦合起来,将计算得到的宏观尺度上的稳态温度场数据映射到介观尺度上,利用液固相变区域中元胞的平均过冷度确定半连续铸造过程中各个元胞的形核,采用溶质扩散模型描述晶粒长大。以Al-1.2Mg-0.7Si合金为研究对象,模拟了浇注温度为660℃,铸造速度分别为100、120、150、170、200mm/min时微观组织的演变。结果表明,当速度为150mm/min时,得到的组织均匀、细小、近球形,并进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合。

半连续铸造组织的多尺度模拟及半固态合金设计

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程中微观组织的演变,提出了基于微观组织演变模拟的半固态合金设计方法。针对连续铸造过程建立了温度场及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度的计算联系起来;用外推法建立的连续铸造出口处的非物理边界条件对稳态温度场的计算精确高效;通过多尺度模拟研究了合金成分、浇注温度和浇注速度对Al-Cu合金凝固组织及成分分布的影响。结果表明,晶粒以枝晶方式生长,不同取向的相邻晶粒相遇时形成合金含量较高的晶界;当Cu合金含量在8.0%时,铸造速度和浇注温度对组织形貌的影响较小,可获得大小和分布均匀的半固态合金组织。对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与试验结果吻合。研究表明,多尺度模拟是半固态合金设计及其工艺参数预测的有效方法。

冲击加载过程中苯的液—固相转变

利用一级轻气炮加载技术和最近发展的一种透光性测量技术,在线观测到液态苯在多次冲击压缩过程中透光性随时间变化特征.分析表明,导致透光性下降的原因是局部发生液—固相变而引起的光散射效应,且散射特征反映了相变过程的时间弛豫和空间积累特性.结果澄清了苯在冲击条件下液—固相变是否发生的争论,对冲击相变动力学研究提供了重要实验依据.