新型纳米复合材料Cu/SiO2的热特性及相变特性的分子动力学研究

使用相变材料可有效地实现能量的高效和合理利用,从而有助于解决能源与环境问题。提出一种纳米结构复合相变材料,由填充纳米颗粒和纳米孔基材组装而成。主要采用分子动力学模拟,研究纳米金属颗粒、纳米孔基材和复合材料的相变行为及相变热特性,讨论不同尺寸或工况下它们的热特性变化,并进行比较。研究表明,铜纳米颗粒的熔点随尺寸的变大而逐渐升高,且熔点比块材低,比热容比块材高;SiO₂基材不存在固定熔点,而有一个跨度较大的熔化区,各工况下比热容比块料值明显偏小,比热容随其尺寸大小和温度升高而增大。研究表明,Cu/SiO₂复合相变材料的熔点高于Cu颗粒和纳米孔基材,Cu/SiO₂体系增强了结构稳定性。同时,填充Cu纳米颗粒能有效地改善纳米孔基材的储热特性。     

固体材料导热系数的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对金属和非金属材料薄膜的导热系数进行数值模拟. 非金属材料氩的粒子间相互作用势采用12/6 L-J势能模型,金属材料钨使用MEAM势能模型. 模拟结果表明,非金属材料氩的导热系数与已有实验结果符合较好,但金属材料钨的导热系数结果较实验结果小1~2个数量级. 研究结果表明,引入自由电子导热模型能较准确预测金属材料钨的导热系数变化规律.     

纳米复合隔热材料高温等效导热系数辨识方法

搭建高温瞬态热特性实验装置,测量获取某纳米复合隔热材料在290~1 090 K温度范围内的高温瞬态热特性数据。基于辐射与导热耦合传热模型和群体智能优化的遗传算法,建立随温度变化等效导热系数的辨识模型。通过数值实验验证了辨识模型的可靠性。结合真实实验测量所得高温瞬态热特性数据,辨识获取材料在290~1 090 K温度范围内的等效导热系数,介于0.027~0.043 W/（m ·K）,随温度升高呈非线性上升趋势。     

DNA与B-PDEAEA自组装过程的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟,研究DNA/B-PDEAEA纳米颗粒的自组装过程。模拟结果表明,在自组装过程中静电相互作用是主要驱动力;在相同氮磷比的条件下,随着DNA碱基对数目的增加,更易于形成稳定的纳米颗粒。在相同碱基对数目的条件下,随着氮磷比的增加,更趋向于形成稳定的纳米颗粒。     

纳米氧化铝薄膜制备及表征

采用溶胶-凝胶法制备了不同晶型和晶粒尺寸的氧纳米化铝纳米薄膜;通过XRD及AFM分析表征了烧结温度对纳米氧化铝薄膜的晶型及颗粒尺寸变化的影响。在900℃烧结时,氧化铝结构薄膜样品以非晶相和γ-Al2O3共存,颗粒尺寸50纳米;当烧结温度为950℃时开始向θ-Al2O3转变,颗粒尺寸几乎不变,有小颗粒生成,1050℃时基本完成θ-Al2O3转变,颗粒尺寸15纳米,1200℃时基本完成向α-Al2O3的转变,颗粒尺寸20纳米,在晶型转变过程中其晶粒尺寸由大变小而后再变大。     

铁团簇对液态锂黏度影响的分子模拟研究

在磁约束核聚变装置中,液态锂有着广泛用途,例如包层、偏滤器等。由于液态锂具有活跃的物理化学特性,其与结构材料的相容性问题一直是核聚变领域的重要研究方向之一。目前工程上通常采用不锈钢作为液态锂回路的结构材料,锂与铁之间的相容性问题已经得到很多学者的关注。鉴于此,采用分子动力学方法对含有铁团簇的液态锂进行模拟研究,分析铁团簇对液态锂黏度的影响规律和微观机理,考察团簇尺寸、形状和体积浓度的影响。结果表明铁团簇的存在可以显著地改变液态锂的黏度,而且随着团簇尺寸的增加黏度逐渐增大。团簇形状对黏度也有一定的影响,在相同体积的条件下,表面积越大影响越大。此外,发展了纳米流体黏度计算模型,可以很好地拟合分子动力学的模拟结果。     

高压LDMOS阈值电压的温度系数分析

本文讨论了高压LDMOS(射频横向扩散金属氧化物半导体)阈值电压的温度特性,给出了它的温度系数计算公式.比较模拟软件模拟的结果和公式计算结果,验证了本文推导出公式的正确性.分析阈值电压的温度系数的线性表达式;从而得到功率LDMOS阈值电压的温度系数最优化分析.     

液态金属热输运过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对平板间液态金属的流动换热过程进行模拟.研究液态金属的微观热输运过程,左右两侧平板采用Cu原子作为恒温固壁,液态金属Pb处于平板间,以FCC结构为初始排列.模拟结果表明,在平板间的液态金属温度分布呈线性变化;不同温度下液态金属在恒温平板间的热输运模拟过程表明,平板间液态金属的热导率随温度的升高而增加,呈现线性变化.当在系统上施加一个重力加速度时,平板间未出现明显的自然对流,表明在微尺度下,边界阻力和粘滞力抑制了液态金属的自然对流.     

一种新的径向导热界面参数插值格式

以变系数径向导热问题为研究对象,由傅里叶导热定律提出了较之文献更为合理的热导计算方法.根据流的相容性原理分别推导得出极坐标、柱坐标和球坐标系下新的界面半径和界面导热系数插值格式.通过几个变系数和非线性导热问题对插值格式进行考核,并与文献中的插值格式进行对比.结果表明,推导的格式充分考虑了变截面和变物性的综合影响,对于非线性和变系数导热问题能得到更精确的结果.     

水热法制备双金属Pd/Co纳米立方

利用水热法制备了双金属Pd/Co纳米立方体。讨论了不同温度和反应时间对制备双金属Pd/Co纳米立方体的影响。实验结果表明,水热法可以简单的制备出双金属Pd/Co纳米立方体,并且反应的温度越高,反应时间越长,制备的双金属Pd/Co纳米立方体的尺寸越小,形貌更均匀,纳米颗粒的分散性越好。     

流道插件在高温和磁流体作用下的力学行为

在国际热核聚变试验堆计划中,流道插件是包层模块中的一个重要部件,它的主要作用是隔热和电绝缘,它的力学行为受到高温、磁场、流体压力的共同作用,使得其响应分析成为一个多场耦合的问题。本文采用有限体积法和有限元法,对包层中流体传热性能和流道插件的结构安全性能进行计算,其中详细分析一种典型工况下流道插件的应力状态;同时,对具有不同热导率的流道插件进行计算,得出其对包层结构的影响。计算结果说明流道插件厚度方向以及面内方向的压应力均比较安全,而较危险的则为极向面内拉应力和棱边的剪切破坏。采用具有较低热导率的流道插件时,可以使出口金属流体的平均温度提高,从而提高热效率,同时降低第一壁的最高温度,从而保证其结构安全,但流道插件内部的温度梯度会增加,结构热应力也更高。     

二氧化铀热导率的实验及数值模拟研究评价

二氧化铀是一种稳定的陶瓷燃料,它具有熔点高和物理化学性质稳定的特性,作为核燃料二氧化铀的导热性能将直接影响核燃料芯块内的温度分布和芯块中心的最高温度,分析比较了二氧化铀热导率的实验研究结果和关联式,发现已有实验结果间的差异已经缩小.通过开展非平衡分子动力学模拟分析表明,二氧化铀热导率在中温区模拟较为准确可靠.在低温区时,需对能量输运粒子的动能计算进行量子修正;在高温区,需建立声子能量输运模型、电子气能量输运模型和光子辐射部分的能量输运模型,进一步建立二氧化铀的热导率计算程序.     

U型流道中的MHD流动、传热及插件结构的力学性能

结合有限体积法和有限元法研究U型流道中磁流体的流动特性、传热性能和流道插件的力学性能,发现外加磁场强度、金属流体进口速度以及流道插件导电性能对流道内速度场、温度场及流道插件应力、应变场的影响规律。计算结果表明：当外加磁场增强,出口段流场的温度也相应升高;较高的进口速度可以提高出口段流体的温度;提高流道插件导电性能,速度场将呈现“M”型分布,但出口段温度场变化极小。流道插件危险区域位于过渡段侧壁附近,该处应力随磁场增强而增大,随进口速度升高而降低,随流道插件电导率增大略有提升,但都小于插件材料的许用应力。本工作可为ITER包层的设计提供有价值的参考。     

西南印度洋洋中脊(SWIR)热液A区的超慢速区岩浆活动的热模拟

中国大洋环球21航次第6航段在西南印度洋洋中脊（SWIR）热液A区获取了OBS地震数据,发现了位于该区第27洋脊段的低速区.基于该低速区地震P波速度模型,用有限单元法开展热模拟计算,研究低速区可能存在的岩浆活动及其热效应.结果表明：1）现今海底热液活动特点支持岩浆房存在底部供热热源的情况.热点供热使岩浆在沿断裂移动过程中产生热异常,形成新的岩浆房,为现今热液活动提供热源.2）随温度变化的热导率对模拟计算结果影响较大.通过反演拟合热导率模型系数,并利用实验室统计结果校正热导率模型,计算出研究区莫霍面温度约为910℃,热点热流约为190 mW·m^-2.     

细胞穿膜肽S4(13)与质膜相互作用的分子动力学模拟

细胞穿膜肽S4（13）衍生物可以作为药物载体携带核酸分子进入细胞从而发挥治疗作用,在抗肿瘤靶向治疗等领域有潜在的应用价值,但其穿膜机理目前尚不明确。采用分子模拟方法,分别搭建单个及多个S4（13）在不同的质膜和水溶液中的模型,结合常规分子动力学模拟和增强采样模拟,通过轨迹分析探究单个及多个S4（13）与不同质膜的作用方式。研究结果表明：单个S4（13）分子与细菌质膜的相互作用比与真核生物质膜的更强,而在水溶液和真核生物质膜模型中,多个S4（13）分子则倾向于聚集形成四聚体,表明其穿膜机理与四聚体胶束结构有关。本项工作从分子层面上探讨了细胞穿膜肽S4（13）的穿膜机理,为S4（13）衍生物作为药物载体的应用提供了理论依据。     

球床式高温气冷堆堆芯三维建模及稳态热工水力分析

准确可靠的反应堆热工水力分析对球床模块式高温气冷堆的设计及安全运行具有重要意义。基于氦气冷却剂在高温气冷堆堆芯的流动和传热进程,利用CFD软件构建高温气冷堆堆芯的三维耦合模型,模拟计算额定工况下氦气冷却剂在堆芯内的流动和传热过程,并将计算结果与使用THERMIX软件的计算结果进行对比。结果表明：在额定工况下三维模型的稳态计算结果与THERMIX计算数据吻合,相对误差小于1%,三维模型可用于模拟堆芯的冷却剂温度分布情况。研究结果可为后续开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力现象的分析奠定基础。