二氧化硅薄膜比热容分子动力学模拟

针对纳米量级薄膜比热容测定的困难,根据实验值建立了SiO2(100)薄膜物理模型.选取可靠的势能函数描述了分子间的相互作用,采用分子动力学模拟了它的比热容变化规律,在100～600K下给出了厚度在1～5nm的薄膜比热容对温度和厚度的依赖关系.计算结果表明,SiO2薄膜在300K下比热容明显低于相同条件下常规体材料的比热容,且随薄膜厚度的增加而增大;随温度升高,比热容变大,这同体材料是一致的.模拟结果揭示了SiO2薄膜比热容的微尺度效应,与理论分析基本吻合,可为半导体微器件的设计提供资料.     

金红石型二氧化钛薄膜热导率的数值模拟

在COMPASS力场下,基于NEMD方法,选用NVE系综,在温度300 K下对不同薄膜厚度和不同空位浓度下的金红石型二氧化钛薄膜热导率进行计算模拟研究.结果表明:在5.92～8.29 nm厚度范围内,二氧化钛薄膜热导率为1.899～2.522 Wm-1 K-1,且随着二氧化钛薄膜厚度的增大,其热导率也随之增大.在相同二...     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

Cu薄膜应力的计算机模拟与表征

用Monte Carlo法以Cu为例对薄膜生长过程中薄膜应力进行计算机模拟。将分子动力学法引入到连续体薄膜的生长过程中,通过面上的假想力来实现薄膜应力的计算机模拟.模拟结果表明,在一定原子入射率和基底温度下,在薄膜厚度极其薄的情况下,薄膜应力随薄膜平均厚度的增加而增大,薄膜应力随薄膜表面粗糙度的增大也增大,薄膜应力—厚度随原子沉积个数趋向于线性关系,并且模拟了薄膜应力与薄膜表面粗糙度以及沉积时间的关系曲线。     

重力热管内水相变换热的数值模拟

通过CFD仿真模拟,结合模拟数据和云图,分析了重力热管内水相变换热过程的特性,研究了热管蒸发段充液率为35%时不同加热功率对热管相变换热的影响,以及加热功率为2 000 W时蒸发段充液率对热管相变换热的影响。为了保证模拟的准确性,将模拟结果与试验进行了对照。模拟结果表明,在模拟选取的加热功率及充液率参数范围内,重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随蒸发段充液率的增大而增大。此外,模拟结果与试验数据较为接近,误差在8%以下,证明将CFD仿真模拟应用于热管换热研究中是可行的。     

Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜的磁性能研究

采用磁控溅射方法制备Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜。系统研究薄膜的马氏体相变行为、磁场增强相变应变特性以及温度对磁感生应变的影响。试验结果表明,经823 K退火1 h的Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜室温下处于奥氏体态,马氏体相变开始温度为271.5 K。当沿膜面方向施加0—0.8 T磁场时,Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜的马氏体相变应变量随磁场强度的增大而增大,呈现出磁场增强马氏体相变应变效应。试验还发现,饱和磁感生应变显著依赖于测试温度。当测试温度低于拟马氏体相变结束温度时,饱和磁感生应变随温度的升高先缓慢增大,在马氏体相变开始温度附近磁感生应变值发生跳跃式增加,然后随测试温度的进一步升高而降低。     

薄膜生长过程的Monte Carlo模拟

用Monte Carlo方法以Cu为例对薄膜生长过程进行了计算机模拟. 不仅对原子的吸附、迁移及脱附三种过程采用了更为合理的模型, 还考虑了这些过程发生时对近邻原子的连带效应. 在合理选择原子间互作用势计算方法的基础上, 改进了原子迁移激活能的计算方法. 计算了表征薄膜生长表面形貌的表面粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度. 结果表明, 在一定的原子入射率下, 表面粗糙度和相对密度的变化存在一个生长最佳温度. 随着衬底温度的升高, 表面粗糙度减小, 膜的相对密度增大. 当达到生长最佳温度时, 粗糙度最小, 而相对密度趋于饱和. 粗糙度随衬底温度的进一步升高开始增大. 生长最佳温度随原子入射率的增大而增大, 不同温度下原子入射率对粗糙度的影响不同, 在较低温度时粗糙度随入射率的增加而增加, 在较高温度时粗糙度随入射率增大而减小. 同时发现, 随入射率的增大或薄膜厚度的增加, 相对密度逐渐减小.     

溅射氧化耦合法合成W掺杂VO2纳米薄膜及其光学性质

采用溅射氧化耦合法(SOC),在Al2O3(001)基底上成功制备了纳米尺度的W掺杂VO2薄膜.运用扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱仪(XPS)分别对薄膜的微观结构以及组分进行了分析;采用四探针测试仪测试了薄膜在不同温度下的方块电阻,从而确定了VO2和W掺杂VO2纳米薄膜的相变温度从341K下降到314K;最后利用紫外至红外光谱仪测试了薄膜在常温和高温下的透过率,并通过Film Wizard软件对薄膜的透过率进行拟合,获得了薄膜的光学折射率(n)和消光系数(κ)随光电子能量(E)变化的关系曲线.研究结果表明,随着W掺杂量的增加,W掺杂VO2纳米薄膜的半导体-金属相变温度逐渐下降,其光学折射率(n)和消光系数(κ)相比VO2薄膜也发生有规律的变化.     

沉积温度对GaAs薄膜微观结构的影响

为探讨沉积温度对GaAs薄膜外延生长过程中微观结构的影响,运用分子动力学方法模拟不同沉积温度时的GaAs薄膜外延生长过程.结果表明:在温度低于800 K时,沉积薄膜的晶格完整度和临界外延生长厚度随沉积温度的升高而增加;当沉积温度在800～1500 K时,晶格完整度随沉积温度的升高变化较为平缓,但此时薄膜中仍含有一定的点缺陷.随着温度的升高,点缺陷逐渐减少.As2的吸附率对温度的变化较为敏感,当沉积温度高于800 K时,As2开始脱吸,致使沉积薄膜中As原子比例随沉积温度的升高而降低.在整个沉积过程中,Ga的吸附率较为稳定,在温度低于1000K时,其吸附率几乎为100%;在1000 K时,Ga逐渐发生少量脱吸;在温度高于1400 K时,Ga才发生明显脱吸.     

硫化温度对两步法制备FeS2薄膜成分和结构的影响

首先采用真空热蒸发法在玻璃基片上沉积厚度约为500 nm的铁膜,然后对铁膜在温度为553~673K的条件下恒温硫化6 h,制备F eS2薄膜.对制备的薄膜进行X射线衍射和显微结构分析,发现:合适的硫化温度为603~653 K,所得薄膜为单一物相的F eS2薄膜,n(S)/n(F e)值为1.94~1.96,接近理想化学配比,薄膜晶粒大小均匀,表面致密.     

开式系统中水膜闪蒸换热特性的实验研究

针对开式系统中水膜闪蒸的换热特性进行了实验研究.实验参数选择如下:循环水过热度为1~15 K;闪蒸室压力分别为20.4、30.2、47.4 kPa;水膜厚度分别为100和300 mm;循环水流量分别为0.028、0.056、0.083 kg/s.实验结果表明:闪蒸换热系数的变化范围为60~140 kW/(m2.K),并随过热度的增大而减小,随闪蒸室内饱和压力的升高而增大,随水膜厚度的增大而减小.根据实验结果,基于闪蒸过程类似核态沸腾,给出了换热系数与各影响参数之间关系的实验关联式,与实验结果的误差小于27%.     

相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明：在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究，并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型。研究结果表明，理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低，矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响。     

细小竖管内非沸腾气液两相环状流换热特性分析

提出了一种使用竖直细小传热管内高速空气-过冷水环状两相流用于质子交换膜型燃料电池高效冷却的方法．理论模拟结果表明。在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热、液膜蒸发和湿蒸汽吸热。各种因素影响这3部分热量的耦合匹配，使得管内两相流的传热传质特性十分复杂．在管内的前段部分，液膜升温吸收大部分壁面热量。而在大部分区域内，对流蒸发耦合换热是支配性的传热方式。即使在十分高的热流密度条件下，壁温也能够稳定地保持在质子交换膜型燃料电池运行温度以下．探讨了各种流动条件、加热管几何尺寸、壁面热负荷等系统参数对两相流传热传质特性的影响．     

双相钢差厚板退火过程的温度场

为了获得性能可控的冷轧双相钢差厚板,需要了解其退火过程中的温度变化规律.采用ABAQUS有限元软件模拟双相钢差厚板在退火过程中不同厚度处的温度分布,结果发现,当差厚板不同区域有相同的冷却速度时,冷却速度越大,厚区与薄区对流换热系数之比越接近差厚比,从2.12变为2.03,且对流换热系数与冷却速度为线性关系;当差厚板不同区域的冷却强度相同时,随着冷速的增加,差厚板薄、厚区温差增大,从124℃升至141℃.随着差厚板斜率的增加,温度影响区长度增加.     

微桥量热计测量铝薄膜热容

用表面硅微加工工艺研制了一种用于薄膜热容测量的新型微桥量热计,热性能测试与分析表明,微桥量热计温度响应快,温度均匀性较好,采用脉冲量热法,通过测量量热计的热功耗、瞬态温度以及稳态热功耗,可计算量热计和样品薄膜的热容．在真空中300～420K测量了40～1150nm厚的Al薄膜热容,并测量了样品的贡量,获得了样品的比热容,1150nm厚的Al薄膜比热容与Al体材料比热容的文献值吻合较好．随着厚度的减小,Al薄膜的比热容增强,这种现象在高温时更为显著．     

Thermal conductivity of nanoscale thin nickel films

The inhomogeneous non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) scheme is applied to model phonon heat conduction in thin nickel films. The electronic contribution to the thermal conductivity of the film is deduced from the electrical conductivity through the use of the Wiedemann-Franz law. At the average temperature of T=300 K, which is lower than the Debye temperature ΘD=450 K, the results show that in a film thickness range of about 1?11 nm, the calculated cross-plane thermal conductivity decreases almost linearly with the decreasing film thickness, exhibiting a remarkable reduction compared with the bulk value. The electrical and thermal conductivities are anisotropic in thin nickel films for the thickness under about 10 nm. The phonon mean free path is estimated and the size effect on the thermal conductivity is attributed to the reduction of the phonon mean free path according to the kinetic theory.     

多孔表面微细结构内的蒸发换热

为了研究多孔槽道几何参数对多孔表面沸腾换热性能的影响 ,从分析多孔结构内微液膜蒸发和气液两相流的机理出发 ,借鉴微热管的研究方法 ,建立了描述多孔表面沸腾换热的细观动态模型。通过对沸腾起泡点分布的简化处理 ,进行了数值求解 ,计算结果与已有文献的实验数据一致。计算结果还表明 :对于微液膜换热 ,存在最佳液膜厚度 ,使液膜换热热阻最小。利用该模型 ,导出了多孔表面在常用沸腾工质中沸腾换热时的结构优化参数。这一模型对多孔表面微细结构的尺寸优化有理论指导作用