临界点附近CO2物性畸变特性的分子动力学研究

通过分子动力学模拟方法,从微观角度研究了临界点附近CO₂物性畸变特性。分子动力学模拟表明COMPASS力场在远离临界点时具有较高精度,在临界点附近精度较低但可反映密度畸变现象。通过划分模拟空间,获得体系密度涨落特性,分析表明,临界点附近存在很大的密度涨落,且临界点前后密度涨落值呈现不对称特性;在CO₂分子上建立局部坐标,并定义了二聚体构型三参数描述方法,该描述方法能够全面描述二聚体构型分布,模拟结果显示在平行构型、T构型及十字构型中,T构型出现概率最高,3种构型的转变与物性畸变或存在紧密关联。      

超临界二氧化碳细管喷放临界流特性研究

以处于超临界状态的二氧化碳为工质,开展了泄压喷放及临界流实验研究,获得了上游滞止参数、喷管长径比对临界流量影响的实验数据和趋势规律,基于实验数据提出了超临界二氧化碳临界流量预测关系式,并进一步利用公开文献中其他研究人员的实验数据对关系式进行了评价,预测值与实验结果偏差在±15%以内,表明本文提出的预测关系式能对超临界二氧化碳临界流量进行较好预测。     

分子动力学模拟研究液态T2O的振动光谱

用分子动力学模拟研究了液态氚水的三个分子内振动的光谱性质，并与实验值比较，给出了液态Ｔ２Ｏ的对称和非对称拉伸振动光谱。     

超临界二氧化碳在印刷电路板式换热器内的流动换热特性研究

印刷电路板式换热器（PCHE）是一种微通道换热器,具有换热效率高、耐高温、耐高压等优势,可广泛应用于海洋工程、核能、光热发电等领域。本文采用数值模拟的方法,计算了跨拟临界点超临界二氧化碳（SCO₂）在印刷电路板式换热器内的流动换热特性。结果表明：SCO₂流体温度达到拟临界温度时,流通截面内流体温度分布最均匀,因为此时流体的有效导热系数最大;SCO₂侧对流换热热阻在总热阻中占比最大,其次为导热热阻,水侧对流换热热阻最小;采用等效厚度法计算得到的导热热阻偏大;雷诺数越大,在拟临界温度附近换热强化的程度越大。     

不同来源腐殖酸与U(Ⅵ)结合特性差异的实验与分子动力学模拟北大核心CSCD

采用元素分析、化学滴定、光谱分析等方法对三种不同来源腐殖酸(AHA、YHA和EHA)进行了分析表征和官能团测定,系统地研究了不同pH、时间、温度和离子强度下它们与U(Ⅵ)的配位行为,并借助分子动力学模拟方法研究了不同腐殖酸模型与U(Ⅵ)相互作用的溶液动力学,探究了动力学过程、配位结构和作用机理。实验结果表明:三种不同来源腐殖酸的元素组成和官能团类型基本相似,均具有较强的芳香性和共轭双键,但也略有差异。YHA的低H/C原子比、高酸度和高官能团含量表明其腐殖化程度较高,存在高的共轭性或芳香族成分,具有较强的金属配位能力。不同来源腐殖酸与U(Ⅵ)的配位行为存在显著差异,且受pH、时间、温度和离子强度的明显影响。分子动力学模拟表明:单个腐殖酸分子与U(Ⅵ)的配位在很短时间内完成,主要的结合位点为羧基,在水溶液中可自发形成具有显著差异的HA-U(Ⅵ)配位结构,其主要驱动力为静电相互作用。上述研究结果不仅有助于进一步理解腐殖酸存在下铀在环境中的化学行为,对放射性废物的地质处置及安全性评价也具有参考价值。     

钨中自间隙原子团簇扩散行为的分子动力学模拟

钨被视为未来聚变堆中最有可能全面使用的面对等离子体材料.而在未来聚变堆真实环境下,氘氚聚变反应产生的14 MeV高能中子辐照将在材料中产生严重的原子离位损伤和各种缺陷积累.其中自间隙原子(SIA)及其团簇是中子辐照损伤中最常见的缺陷种类.本文采用分子动力学模拟系统研究钨中1/2<111>和<100>SIA团簇的稳定结构...     

钨中自间隙原子团簇扩散行为的分子动力学模拟

钨被视为未来聚变堆中最有可能全面使用的面对等离子体材料。而在未来聚变堆真实环境下,氘氚聚变反应产生的14 MeV高能中子辐照将在材料中产生严重的原子离位损伤和各种缺陷积累。其中自间隙原子（SIA）及其团簇是中子辐照损伤中最常见的缺陷种类。本文采用分子动力学模拟系统研究钨中1/2〈111〉和〈100〉 SIA团簇的稳定结构和形成能,发现SIA团簇最稳定结构是1/2〈111〉 SIA团簇结构,SIA团簇聚集后会稳定存在。并研究了不同尺寸1/2〈111〉 SIA团簇的动力学扩散行为,发现单个SIA在温度高于700 K时易扩散和转向,而两个以上的SIA团簇在300~900 K时主要表现为一维方向的运动。为准确描述各种尺寸SIA团簇的动力学行为,给出了一套计算SIA团簇跃迁频率的经验参数。相关结果将为更大尺度的动力学蒙特卡罗和团簇动力学模拟提供准确和完备的输入参数,为正确掌握和评价钨中子辐照行为提供依据。     

双D形流道内超临界二氧化碳传热特性数值研究

对简单双D形流道内超临界二氧化碳传热特性进行数值研究。重点研究了热流体质量流速对换热功率和换热效能的影响,以及热流道失流工况对传热特性的影响。研究表明:随着热流体质量流速增加,换热器换热功率增加,换热器换热效能降低;换热器的换热能力受冷热流体温差驱动,热流体失流时换热器换热能力下降,壁面温度降低,与定热流密度传热存在一定差异。     

辐射改性聚丙烯的超临界二氧化碳发泡性能研究

对γ-射线辐射改性聚丙烯(PP)进行超临界二氧化碳(CO2)发泡研究。用差示扫描热仪(DSC)、高级流变扩展系统(ARES)、熔体流动速率测试仪和扫描电镜(SEM)分别对辐射改性PP样品的熔点、粘度、熔体流动速率和PP泡沫的微孔形貌进行了表征。结果表明,经过γ-射线辐照后PP熔点略有降低,粘度随吸收剂量的增加而明显降低。PP经过辐射改性后的发泡性能得到改善,辐射改性PP容易获得发泡倍率更高的泡沫,同等发泡压力下辐射改性PP需要较低的发泡温度。     

冲击波加载下单晶铜动态破坏微观过程的分子动力学研究

采用嵌入原子势模型和分子动力学方法,模拟研究了冲击波加载下单晶铜动态破坏的微观过程和空洞成核及生长过程。根据原子中心对称参数变化给出了单晶铜动态破坏的微观过程,通过不同碰撞速度的模拟,讨论了冲击波加载下破碎区内物质形态分布的变化,给出了材料破坏深度的变化规律。研究发现纳米空洞在完整单晶铜中随机成核,空洞成核后,空洞表面的应力集中和原子活化易形成位错源,各种不同类型的位错的生长使空洞逐渐长大,空洞长大到一定尺寸后,邻近空洞相互作用贯通形成更大尺寸的空洞,这种空洞贯通效应造成了材料内部的宏观层裂及失效。     

Thermodynamic Characteristics of Dusty Plasma Studied by Using Molecular Dynamics Simulation

Thermodynamic properties of a Debye-Yukawa system of particles are explored by using molecular dynamics simulation in the canonical ensemble.The excess free energy f of the Debye-Yukawa system is calculated by using two different approaches for the liquid phase,and the energy is obtained in a coupling parameter range of 0≤Γ≤100 and a wide range of the screening parameter κ.Simulation measurements for excess internal energy and pressure of the system over dimensionless parameters (κ,Γ) are also presented and compared with previous theoretical and simulated results.A Γ-expansion-fitting approach for the liquid phase is introduced with the expansion coefficients,which are functions of the screening parameter κ.The fitting coefficients are obtained by directly comparing them with the simulation measurements with a relative deviation of 1% or less.It is shown that the computational results provide a relatively simple method to calculate the excess internal energy and free energy in certain cases,which depend strongly on.     

辐照硬化位错动力学模拟的研究进展

辐照硬化是金属材料的辐照效应之一,开展辐照硬化机理研究有助于设计可靠的反应堆结构材料。辐照产生的缺陷会对位错运动造成阻碍,被认为是辐照硬化的主要原因。近年来快速发展的位错动力学模拟方法为材料的微观组织变化和宏观力学性能之间建立起了桥梁,被广泛用于辐照硬化机理研究。对于一些辐照缺陷如位错环和层错四面体,位错动力学软件已能模拟它们对位错网络演化以及宏观力学响应的影响,使辐照硬化的定量预测成为可能。本文从位错动力学模型、不同类型辐照缺陷硬化效应的位错动力学模拟以及辐照硬化理论模型发展三个方面,综述了辐照硬化位错动力学模拟的研究进展,并展望该研究领域的主要科学问题。     

金红石辐照损伤的分子动力学模拟

为了研究辐照条件下金红石的耐辐照损伤能力,采用GULP软件包拟合出了与实验值吻合的势函数,并采用LAMMPS软件包计算出了金红石的离位阈能和高能粒子反冲条件下的位移级联。通过统计球坐标系下266个出射方向的离位能,利用缺陷形成概率的定义得出Ti和O原子的离位阈能分别为(78.3±1.0) eV和(42.6±2.0) eV。采用VORONOI缺陷统计方法,计算了300 K、10 keV出射能量条件下缺陷数量随辐照时间演化信息,结果表明：Ti原子作为初始出射原子产生的缺陷数量整体高于O原子产生缺陷的数量,在最大无序阶段产生的空位、填隙和不同类型反位缺陷通过空位-填隙复合作用和kick-out机制逐渐减少,有效地降低了晶体的无序度,提高了基材耐辐照损伤性能。     

钛中氦泡融合的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法模拟了金属钛中氦泡的融合,分析了氦泡融合对金属微结构的影响,对比了氦泡在金属块体内部与接近金属表面处融合的异同。研究表明:在金属块体内部,两氦泡的融合会在其周围诱发很多缺陷且范围逐渐扩大;直径均为1.77nm的两氦泡的融合会在二者周围形成位错环,位错环内金属原子的排列与基底的一致;两氦泡发生融合后由哑铃状向椭球形演化。在接近金属表面处,由氦泡融合诱发的缺陷易于向金属表面移动,氦泡周围的金属易于向晶体结构恢复;两氦泡发生融合后由哑铃状向半球形演化。     

GaN中质子辐照损伤的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学方法研究了GaN在质子辐照下的损伤。对不同能量（1~10 keV）初级离位原子（PKA）引起的级联碰撞进行了研究,分析了点缺陷与PKA能量的关系、点缺陷随时间的演化规律、点缺陷的空间分布及点缺陷团簇的尺寸特征。研究结果表明,点缺陷的产生与PKA能量呈线性关系,不同类型的点缺陷随时间演化规律相似,点缺陷多产生在PKA径迹旁,点缺陷团簇多为孤立的点缺陷和小团簇。     

Pu-Ga合金中氦泡聚集行为的分子动力学模拟

在钚(Pu)材料中加入少量其他金属元素,如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铈(Ce)等,能实现Pu合金材料在室温条件下稳定。本文采用分子动力学(MD)方法及修正的嵌入原子势(MEAM),在300K下对Pu-Ga合金中的氦泡聚集行为进行了模拟,合金中Ga的含量(原子分数)分别为0%、2%和5%。通过计算和分析,得到不同Ga含量下,随氦原子数目增长Pu-Ga合金中氦泡半径和压强的变化趋势,以及由氦泡引起的体积膨胀,研究结果对于理解钚自辐照过程中的氦效应的内在机制具有一定的参考价值。