HVPE反应器内输运现象的数值模拟研究

对用于制备GaN的具有同心圆喷头的HVPE(氢化物气相外延)反应器内的输运现象进行了三维数值模拟研究.在模拟计算中,分别改变总载气进口流量、同心圆喷口进口流量、重力、压强等条件,得到反应器内流场、温场、浓度场的相应变化.根据对模拟结果的分析,得出输运过程的优化条件为:尽量减小总载气进口流量,适当增大同心圆喷口的双进口流量,并降低反应室内的压强.

7N01铝合金电子束定点焊熔池输运现象预测

为有效改善真空电子束焊焊缝成形并抑制成形缺陷产生,本文以12 mm厚7N01铝合金为研究对象,基于CFD软件Ansys Fluent深入分析了电子束定点焊匙孔钻取过程及熔池传热和流体输运现象并进行了实验验证.为真实反映电子束流能量密度空间分布特点,建立了考虑束流活性区特征的自适应热源模型并采用VOF算法对气液界面进行实时追踪.数值分析结果表明,束流能量密度分布及与瞬态熔池/匙孔之间的耦合作用是直接决定焊缝成形良好与否的关键.当束流处于下聚焦模式时,特有的能量分布形式及其诱导的等离子体保温作用、金属蒸汽反冲压力、Marangoni流以及热浮力的耦合向上输运作用(最大流体速度为15 m/s左右),导致最终焊缝余高的形成及钉头区域扩展.由于深度方向上束流能量密度先增加后大幅降低,导致熔深熔宽的增加速度出现类似的演变规律,并且在匙孔底部可能诱发钉尖缺陷的产生.此外,研究还发现,随着匙孔深度增加,能量波动、金属蒸汽反冲压力与表面张力竞争作用逐渐加剧,促使匙孔钻取过程具有周期性.

分数阶对数耦合系统在非周期外力作用下的定向输运现象

本文讨论了分数阶对数耦合系统在非周期外力作用情况下,耦合粒子链的定向输运现象.由于粒子在黏性介质中的运动具有"记忆性",所以本文通过将系统建模为分数阶对数耦合模型来研究各个系统参数对粒子链运动状态的影响.数值仿真表明:1)对于此类系统,只有在存在外力作用的情况下粒子链才能够产生定向输运现象,并且粒子链平均流速随着外力的增大而增大.2)对于分数阶阶数较小的系统,阻尼记忆性对粒子链的运动状态有显著的影响,具体表现为:粒子链的平均流速存在上界(这个上界非常小),无论外力、耦合力以及噪声强度如何变化,粒子链的平均流速都不会超过这个上界.当系统的阻尼力很大且外力为零时,粒子链不会产生定向输运现象.3)当系统的阶数与外力较大时,虽然粒子链能够产生定向流,但是此时系统对耦合力与噪声具有免疫性.4)耦合力与噪声强度对粒子链运动的影响只在外力较小的情况下有所表现.在这种情况下,当系统阶数充分大时,粒子链的平均流速随着耦合力与噪声强度的变化而变化,并且伴随着定向流的产生.

化学气相沉积中输运现象的研究

对化学气相沉积(CVD)中输运现象的研究进行了总结。重点阐述了典型的水平式和垂直式CVD反应器中混合对流的模拟结果,以及反应器几何形状、壁面温度、流体流速、压强、浓度梯度等因素对其的影响。

激光等离子体中电子热输运现象的数值模拟

利用Fokker-Planck模拟并结合我们的数值模拟研究工作,对激光等离子体中电子非局域热输运现象进行了模拟计算与讨论.简要介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应,以及冕区的反扩散与限流效应.结合Fokker-Planck模拟与相应流体模拟对比研究,探讨了限流因子的取值以及高强度激光作用下局域限流模型的局限性.

跨学科输运现象--流体、热学、生物学、材料学以及空间科学

许多有影响的科技成果，都是在学科的交叉点上取得的。

多尺度输运现象的有限元模拟

在过去的50年中，有限元方法已经成为人们求解实际工程中遇到的问题的最重要方法之一了。这种方法充分利用了计算机强大的计算能力，能够解决许多复杂问题。多尺度输运有限元计算近年来在化工、环境等多个领域中得到了广泛的应用，尤其是对于复杂多尺度系统，运用传统方法建模求解十分困难，

强磁场下的热、电输运科学研究

电输运现象涵盖了电阻和霍尔效应,而热输运则包括热电效应、热导率及其横向效应[1]。它们是凝聚态物理学中历史悠久且持续活跃的研究领域,通过结合强磁场和低温环境,可以开展一系列引人入胜的科学探索,这里就笔者开展的工作为例进行阐述。

MOCVD反应器的最佳输运过程及其优化设计

根据MOCVD过程薄膜生长的基本要求,总结出各种MOCVD反应器普遍适用的最佳输运过程的5个条件,即均匀浓度边界层、均匀速度边界层、均匀温度边界层、分隔进口但反应前混合均匀、以及迅速排出尾气不再发生混合.对照最佳输运过程条件,分别对水平式、行星式、垂直喷淋式、高速转盘式反应器进行了分析和讨论.水平式反应器的主要问题是反应物的沿程损耗、热对流涡旋以及侧壁效应,造成基片沿横向和纵向的厚度和浓度不均,因此只适合实验室应用.垂直式反应器通过高速旋转或近距离喷射,可以均匀分配反应物浓度,并抑制热对流涡旋.其主要困难是反应后的尾气不能及时排出,从而仍存在径向浓度不均,造成基片沿径向的厚度和浓度的波动.商用的垂直式反应器还面临托盘直径进一步扩大的难度.文章为MOCVD反应器的控制和设计提供了重要的参考依据.

服装织物层热湿传递机理模型

以服装的织物层为考察对象,基于织物层内部的多孔介质特点,依据表征性体积单元的概念,应用连续介质的分析方法,考虑织物层热湿传递过程中的相变、吸湿、解吸等作用,以及质量、动量、能量三大守恒定律,建立了能够反映织物层温度场、湿分浓度场及气相总压场变化规律的三场机制模型。

行星式化学气相沉积反应器内对流涡旋的数值模拟

针对三重进口行星式CVD反应器的输运过程进行了二维数值模拟研究。通过改变反应腔几何尺寸、导流管位置、三重进口流量组合、压强、温度等条件,研究反应器内对流涡旋的相应变化。根据模拟结果,对这类反应器中输运现象与外部参数的关系,特别是反应腔内对流涡旋的产生和发展作了较全面的分析和讨论,给出了抑制对流涡旋、获得薄膜生长所需的最佳输运过程的条件。

压力梯度对湍流逆梯度输运的影响

用雷诺应力封闭模式(RSM)和κ-ε模式对底部放置了对称翼型的完全发展的非对称槽道流动进行了数值模拟研究。工程实际中有压力梯度变化的流动是较常见的,这些压力梯度会导致较强的湍流结构的变化,从而影响湍流的扩散和传输过程。用数值计算方法从压力梯度对湍流逆输运现象的影响角度展开研究,以期了解并揭示湍流道输运现象的物理机理。由计算结果可以看出,RSM模式能够较κ-ε模式更好地反映逆梯度输运(CGT)现象;逆梯度输运现象的出现比湍动能负产生率更为普遍;压力梯度的变化对湍动能负产生率区域和CGT区域的影响是有规律的,顺压梯度时,湍动能负产生率区域逐渐缩小,至压力梯度为零时消失,此时CGT区域从无到有,呈先增大后缩小的趋势;逆压梯度时,湍动能负产生率区域不复存在,此时CGT区域从有到无,也是呈先增大后缩小的趋势,并最终消失;CGT区域内雷诺应力与平均速度梯度呈非线性关系。

基于ANSYS的快速铸轧过程温度场数值模拟

建立了快速铸轧过程这类具有质量输运现象的金属凝固传热有限元数学模型,考虑了影响辊套与带坯传热的界面接触热导问题,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对快速铸轧过程中的辊套与铸坯耦合温度场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(铸轧区长度、接触界面换热系数、浇注温度、铸坏厚度以及铸轧速度等)对铸坯温度分布及其相变区间的影响进行了系列研究,为连续铸轧特别是快速铸轧工业实验参数设计提供了依据。

J-TEXT托卡马克等离子体中非局域效应期间温度涨落的统计分析

非局域热输运现象(NLT)是聚变界未解之谜。迄今为止,并没有恰当的理论模型解释NLT现象,但人们普遍认为NLT现象与湍流有关。采用延迟相关性分析方法及湍流强度长程相关性分析方法,分析了NLT期间由ECE测量的电子温度涨落的特征。结果发现在欧姆放电和ECRH加热等离子体中出现的NLT期间,电子温度涨落强度均具有长程相关性,且电子温度涨落的相对强度在r/a<0.8的区域均降低。重点分析了电子温度涨落的峰度和偏度在欧姆和ECRH等离子体中SMBI前后的变化。发现在欧姆等离子体中SMBI注入后芯部电子温度涨落更远离高斯分布,而在ECRH等离子体中其更接近高斯分布。在欧姆放电和ECRH加热等离子体中,SMBI注入前后,峰度和偏度的显著不同表明NLT的出现与温度涨落的峰度和偏度无关。

外磁场对海森堡磁流体的能量输运的影响

本文运用非平衡态统计算符方法[1],研究了海森堡磁流体的能量输运现象,讨论了外磁场对其能量输运的影响,并计算了海森堡模型磁流体系统在非均匀外场中能流的平均值.