旋叶分离器中液滴运动相变特性分析

为研究AP1000核电站蒸汽发生器中初级旋叶分离器的液滴运动相变特性以及液滴相变对汽水分离性能的影响,通过建立液滴运动相变模型,基于AP1000旋叶分离器三维模型,采用欧拉-拉格朗日方法求解气液两相流动模型,计算得到了不同工况下旋叶分离器的汽水分离效率和压降的变化规律,并分析了液滴相变特性对分离效率的影响,获得了不同初始半径液滴的相变特性。计算结果表明:随着蒸汽流速的增加,分离效率和压降快速增加;压降相同时,半径较小的液滴在运动蒸发过程中半径变化百分比较大,相比半径较大的液滴其运动轨迹容易改变,更易逃逸出分离器,造成考虑相变时的分离效率降低;在正常运行工况下,液滴相变对分离效率的影响可忽略。计算结果可为进一步研究汽水分离装置中的汽水分离性能提供理论依据,并用于指导汽水分离装置的设计。

非线性相互作用引起的双模Dicke模型的新奇量子相变

量子相变是量子光学和凝聚态物理领域的一个重要课题.本文在标准双模Dicke模型的基础上引入原子-光的非线性相互作用,研究其所引起的量子相变.利用自旋相干态变分法从理论上给出有两个参量的基态能量泛函.两模光场采用四种不同的比例关系进行研究,并且在实验参数下,通过可调的原子-光的非线性相互作用参量,给出了宏观多粒子量子态的丰富结构.本文主要呈现了在蓝失谐和红失谐下,双稳的正常相、共存的正常-超辐射相和原子数反转态等丰富的基态特性.原子-光的非线性相互作用在蓝失谐可以引起标准的双模Dicke模型的正常相到超辐射相的二级量子相变.在红失谐时引起新奇的基态特性,新奇的量子相变,即反转的超辐射相到反转的正常相的二级逆量子相变.原子-光的非线性相互作用和两模光场比例不同时,对量子相变的相边界和基态物理量的值有较大影响.

混合自旋模型的动力学相变

考察了混合自旋模型的两种组态按Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ动力学随时间的演化，并分析了其在平方格子上的Ｄａｒｎａｇｅ．计算结果表明存在有一高温相和一低温相，与平衡相变符合．

二维介电光子晶体中的赝自旋态与拓扑相变

基于背散射抑制且对缺陷免疫的传输性质,光子拓扑绝缘体为电磁传输调控提供了一种新颖的思路.类比电子体系中的量子自旋霍尔效应,本文设计出一种简单的二维介电光子晶体,以实现自旋依赖的光子拓扑边界态.该光子晶体是正三角环形硅柱子在空气中排列而成的蜂窝结构.将硅柱子绕各自中心旋转60°,可实现二重简并的偶极子态和四极子态之间的能带翻转.这两对二重简并态的平均能流密度围绕原胞中心的手性可充当赝自旋自由度,其点群对称性可用来构建赝时间反演对称.根据k·p微扰理论,给出了布里渊区中心附近的有效哈密顿量以及对应的自旋陈数,由此证实能带翻转的实质是拓扑相变.数值计算结果揭示,在拓扑非平庸和平庸的光子晶体分界面上可实现单向传输且对弯曲、空穴等缺陷免疫的拓扑边界态.本文中的光子晶体只由电介质材料组成并且晶格结构简单,实现拓扑相变时无需改变柱子的填充率或位置,只需转动一个角度.因此,这种结构在拓扑边界态的应用中更为有效.

具有内禀自旋–轨道耦合的Lieb晶格中Floquet拓扑相变

我们基于Floquet理论研究了外加圆偏振光对具有内禀自旋–轨道耦合的Lieb晶格拓扑性质的影响。首先,我们采用数值方法计算自旋陈数分析Lieb晶格的拓扑性质。给出了当模型中次近邻格点间跃迁强度取不同值时,自旋陈数随着圆偏振光振幅变化关系。接着,我们在高频极限下给出了体系有效哈密顿量,理论计算了不同高对称点处能隙随者圆偏振光振幅变化的关系。计算结果表明,在高频极限下的理论结果与直接数值计算结果定性一致。最后,基于Bott指数的计算,我们研究了无序对外加圆偏振光作用下的Lieb晶格拓扑性质的影响。

二维声子晶体中简单旋转操作导致的拓扑相变

构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C_(6v)对称性.研究发现:在保持钢柱填充率不变的条件下,只需要将所有三角柱绕着自己的中心旋转180°,就可实现二重简并的p态和d态在布里渊区中心Γ点处的频率反转,且该能带反转过程实质上是一个拓扑相变过程.通过利用Γ点的P态和d态的空间旋转对称性,构造了一个赝时反演对称性,并在声学系统中实现了类似于电子系统中量子自旋霍尔效应的赝自旋态.随后通过k·p微扰法导出了Γ点附近的有效哈密顿量,并分别计算了拓扑平庸和非平庸系统的自旋陈数,揭示了能带反转和拓扑相变的内在联系.最后通过数值模拟演示了受到拓扑不变量保护的声波边界态的单向传输行为和对缺陷的背向散射抑制.文中所研究的声波体系,尽管材料普通常见,但其拓扑带隙的相对宽度超过21%,比已报道的类似体系的带隙都要宽,且工作原理涵盖从次声波到超声波的很大频率范围,从而在实际应用上具有较大的优势和潜力.

自旋轨道耦合体系Mott相变的团簇动力学平均场理论研究

Mott相变一直是凝聚态物理广泛研究的前沿问题,对于理解高温超导有重要意义.在描述Mott相变中Hubbard模型处于核心的位置.在该模型中,强电子-电子相互作用使巡游电子局域化,从而使体系发生Mott相变.目前,在很多材料中发现电子具有自旋-轨道耦合,所以自旋轨道耦合引起了人们很大的兴趣.本文研究具有自旋-轨道耦合正方晶格的Mott转变,得到了体系在参数空间下的相图.我们发现,当考虑自旋轨道耦合,它对传统的Hubbard模型会产生重要的影响.

Rashba自旋轨道耦合下square-octagon晶格的拓扑相变

本文研究了各向同性square-octagon晶格在内禀自旋轨道耦合、Rashba自旋轨道耦合和交换场作用下的拓扑相变,同时引入陈数和自旋陈数对系统进行拓扑分类.系统在自旋轨道耦合和交换场的影响下会出现许多拓扑非平庸态,包括时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态和量子反常霍尔态.特别的是,在时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应中,无能隙螺旋边缘态依然能够完好存在.调节交换场或者填充因子的大小会导致系统发生从时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态到自旋过滤的量子反常霍尔态的拓扑相变.边缘态能谱和自旋谱的性质与陈数和自旋陈数的拓扑刻画完全一致.这些研究成果为自旋量子操控提供了一个有趣的途径.

涡旋场中的强作用物质相变

强作用物质相结构的研究是核物理里一个非常活跃的前沿领域,对于理解相对论重离子碰撞实验和中子星观测有重要意义。传统的相结构研究集中于高温度和高密度所带来的物性变化,特别是相关的相变过程,比如手征恢复相变、色超导相变等。近年的实验和理论研究表明,非对心重离子碰撞系统携带很大的初始角动量从而产生极强的流体涡旋场。这带来了涡旋场中的强作用物质性质的一系列重要问题,对它们的探索产生了许多新颖结果。特别是在强作用物质相变方面,基于转动参考系的热场计算得到了发展,并结合平均场近似对相关的手征相变、色超导相变、高同位旋下的超流相变等现象作了深入研究,发现了涡旋场对相边界的影响以及其所带来的丰富相结构。

自旋轨道耦合BEC系统中类Dicke模型的相变

本文研究了自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚(BEC)系统的基态性质,并把它映射为量子光学中我们所熟悉的Dicke模型(N个二能级原子与光场的相互作用).采用自旋相干态的方法得出系统的基态能量、光子数和自旋极化随拉曼耦合强度的变化关系,从而探测了系统超辐射相和正常相之间的量子相变.

HgMnTe量子阱中自旋轨道耦合诱导的拓扑相变

在能带反转的HgTe量子阱中,体态内存在着受拓扑保护的无能隙的螺旋边界态为特征的量子自旋霍尔效应。在HgTe量子阱中掺入磁性原子(例如锰)后,磁性HgMnTe量子阱将会出现量子反常霍尔效应。本文我们讨论了由体反演不对称产生的自旋轨道耦合作用在HgMnTe量子阱中诱导的拓扑相变。首先,通过解析计算自旋陈数,我们发现当自旋轨道耦合强度超过某个临界值的时候,在HgTe量子阱中,发生了从拓扑绝缘体到普通绝缘体的拓扑相变。在交换场和自旋轨道耦合的共同作用下,通过数值计算自旋陈数,我们画出了在不同参数下的拓扑相图。我们发现,当锰掺杂引起的交换场系数GEGH 0时,出现了新的体态能隙闭合区域。然而随着自旋轨道耦合作用的增加,将会在该能隙闭合区域重新打开一个能隙。

基于结构反转二维光子晶体的拓扑相变及拓扑边界态的构建

构建了二维六角蜂窝晶格的两种结构,让散射体和基体材料反转.由于特有的点群对称,该晶格在布里渊区中心具有类比电子体系的p轨道和d轨道.在散射体和基体反转的两种结构中, p轨道和d轨道也直接实现了反转.定量分析了产生轨道反转的原因来自于低频局域共振产生空气带和介质带的反转.通过p轨道和d轨道的宇称特性,构建了类比电子体系量子自旋霍尔效应的赝自旋态.通过Γ点处有效哈密顿量的分析,揭示轨道反转导致的拓扑相变.通过结构的优化,构建了基于赝自旋的拓扑边界态.电磁波仿真模拟和能流矢量分析证明了结构具有电子体系量子自旋霍尔效应的特性,即自旋与传播方向锁定和拓扑保护.结果也证明经典波量子自旋霍尔效应的实现可以不经历带隙关闭的过程.与同类型的研究相比较,本文的结构不需要晶格的缩放,具有设计简单、带隙宽和边界态局域性较强的特点.

偶^(80^86)Zr核的形状相变和对相变及其演化

应用唯象核芯+两准粒子模型的一种微观实现(微观sdIBM-2-2q.p.方案)和实验单粒子能量,较成功地再现了偶80-86Zr核的基态带、γ带和部分高自旋态能谱,实现了它们从近SU(3)对称性到O(6)对称性,继而向U(5)对称性过渡的整个形状相变过程。基于唯象模型和微观方案推出s玻色子不拆对的结论,及1个d玻色子发生拆对顺排所需要的最小能量阈值。该阈值明确指认:随着中子空穴数的减少,偶Zr同位素可能发生着从80Zr核的两准质子顺排态向着86Zr核的两准中子顺排态的演化。

化合物TbMn_6Sn_6的磁性和磁相变

采用分子场理论模型对稀土过渡族金属间化合物的磁性、自旋重取向相变和场诱导的一级磁相变进行了研究。从理论上计算了TbMn6Sn6的易磁化方向随温度的变化以及不同温度时的磁化曲线,描述了自旋重取向相变和场诱导的一级磁相变。基于单离子模型计算了Tb离子和化合物的一阶和二阶磁晶各向异性常数及其随温度的变化,得到了和实验数据基本一致的结果。结果表明:Mn次晶格和Tb次晶格磁晶各向异性能之间的相互竞争是导致自旋重取向相变的物理机制,而稀土离子的四阶晶场项对场诱导的一级磁相变产生很大的影响。

基于变转速控制的对旋轴流泵混输特性分析

由前置叶轮和后置叶轮反向旋转组成的对旋轴流泵有设计结构更紧凑、效率更高、性能更好的特点。由于气液混输泵是现代石油勘探及输送技术的一个重要研究方向,因此有必要研究对旋轴流泵的气液混输特性。应用计算流体力学的方法对不同工况下的对旋轴流泵进行数值模拟。分析对旋轴流泵的载荷分布以及变转速控制对其内部流动结构、气相分布的影响。计算结果表明:气相向轮毂侧移动,液相向轮缘侧流动,后置叶轮的气相聚集现象比前置叶轮更明显,气相聚集在逆压力梯度区域。分析了变转速控制法对混输泵性能的影响,两种变转速控制方法均能提高扬程和效率。在前置叶轮转速控制法(CFS)中湍动能变化曲线是单峰曲线;在后置叶轮转速控制法(CRS)中湍动能变化是双峰曲线。比较两种叶轮控制方法的湍流动能轴向分布曲线,发现前置叶轮控制方法的湍动能曲线均高于后叶轮控制方法的湍动能曲线,表明前置叶轮转速控制法湍流扩散程度更剧烈。

具有三自旋相互作用的横场中各向异性XY模型的协作参量

讨论了具有三自旋相互作用的横场中各向异性XY模型的量子相变和量子纠缠.数值研究了协作参量在相变点附近的行为.发现协作参量可以很好地体现系统的量子相变.

伺服系统手轮旋变激磁的精度测试

伺服系统手轮旋变激磁精度测试方法有2种。采用自整角机鉴相式法,其整步绕组为三相绕组。根据转子绕组间的变比,若转子处于任意位置,可建立直角坐标系。通过三角函数关系变换求得三相整步绕组中施加激励作用下相应转子中的感应电势。采用RDC旋转变压器数字转换模块法,通过DC/AC模块可产生2路手轮旋变激磁正弦信号。并实验比对分析2种方法的优缺点。

XZY-YZX型三自旋相互作用对横场XX自旋链中经典和量子关联的影响

借助于严格对角化方法,数值研究了具有XZY-YZX型三自旋相互作用的横场XX自旋链中经典和量子关联,讨论了三自旋相互作用对关联的影响,发现经典和量子关联在量子相变的临界点都具有奇异性.不同于横场中的量子Ising链,经典和量子关联对外场的导数没有尺寸效应.此外,在外场等于零的退化条件下,两个近邻自旋之间的总关联均分为经典和量子部分,并得到与文献一致的量子关联的行为.

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.

下地幔硅酸盐矿物的结构和电子相变对其高压下光学性质的影响

基于第一性原理平面波超软赝势法并结合局域密度近似,计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿和(Mg_(0.9),Fe_(0.1))SiO_3后钙钛矿晶体在高压下的光学性质.计算数据表明:(1)钙钛矿的结构相变将导致其吸收性增强,证实了基于实验数据的推断.(2)后钙钛矿二价铁吸收带的波数位置与实验观测结果相近.(3)在后钙钛矿相区,压力将导致吸收带的强度缓慢增加,但二价铁自旋态的转变对其吸收谱的影响却非常微弱.(4)钙钛矿的结构相变将导致其折射率升高;在后钙钛矿相区,压力及自旋态转变对折射率的影响不明显.(5)波数大约在12500 cm^(-1)以下,后钙钛矿折射率随波数的增加而降低,钙钛矿的折射率则变化不大;波数大约在12500 cm^(-1)以上,钙钛矿折射率随波数的增加而增大,后钙钛矿的折射率则显著上升.