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涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响

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表面技术 2024年第12期53卷 147-157,251页

作者：严俊高思宇杨钟毓李思功王占伟彭振驯薛佳祥廖业宏中广核研究院有限公司核燃料与材料研究所广东深圳518000

目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温... 详细信息

目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1200℃,等温氧化时间为500~3000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响。试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响。结果涂层厚度为10μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2000 s时其表面Cr_(2)O_(3)氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化。涂层厚度为15μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr_(2)O_(3)氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化。涂层厚度为20μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好。结论Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间。

关键词：涂层锆合金高温蒸汽氧化涂层厚度氧化动力学氧化机制

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高超声速磁流体流动控制数值模拟研究

气动研究与试验

气动研究与试验 2024年第1期2卷 86-99页

作者：滕子昂周志峰张智超许珂高振勋北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京机电工程总体设计部北京京100039

飞行器以高超声速状态飞行时,高马赫数来流经过激波后,温度陡升,气体分子的内能模态在高温下会受到激发,发生离解、电离、中性交换等反应,形成具有一定导电率的弱电离等离子体。合理地布置磁场与电场,激波层内的导电流体与外加电磁场相... 详细信息

飞行器以高超声速状态飞行时,高马赫数来流经过激波后,温度陡升,气体分子的内能模态在高温下会受到激发,发生离解、电离、中性交换等反应,形成具有一定导电率的弱电离等离子体。合理地布置磁场与电场,激波层内的导电流体与外加电磁场相互作用产生感应电流,进一步产生洛伦兹力与焦耳热,可以实现对于飞行器气动力热的影响,达到流动控制的目的。本文针对磁流体热防护、磁流体能量提取两种流动控制手段进行了数值模拟研究。首先研究了来流马赫数、飞行高度对于磁流体热防护效果的影响规律,得到了如下规律:磁流体热防护技术可以使飞行器驻点热流降低20%,在一定飞行高度下,来流马赫数需要使来流总温接近10000K才能使磁流体热防护效果明显;磁流体热防护效果随飞行高度增加而增强。随后针对磁流体能量提取装置进行了概念设计与参数影响研究,并且得到如下结论:在典型再入飞行状态(高度46km、速度7000m/s)下,本文给出的磁流体能量提取装置可以在外加强度为0.2T的磁场强度下,提供兆瓦级的电功率输出,并且装置提取的电能与能量提取装置的工作效率均随负载电压的增加呈现先增加后减小的趋势,表明对于给定的来流条件,存在最佳的负载电压,使得磁流体能量提取装置的功率与效率达到最大。本文研究结果可以为磁流体热防护技术与能量提取技术在高超声速飞行中的设计提供指导。

关键词：磁流体力学流动控制数值模拟热防护能量提取

Improvement and application of wall function boundary condition for high-speed compressible flows

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Science China(Technological Sciences) 2013年第10期56卷 2501-2515页

作者： gao zhenxun JIANG ChongWen LEE ChunHian School of Aeronautical Science and Engineering Beihang University

In order to develop a wall function boundary condition for high-speed flows so as to reduce the grid-dependence of the simulation for the skin friction and heat flux,a research was performed to improve the compressible wall function boundary condition proposed by Nichols.Values of parameters in the velocity law-of-the-wall were revised according to numerical experiments and the expression of temperature law-of-the-wall was modified based on theoretical analysis and numerical simulation.Besides,the formula of the heat conduction term in near-wall region was derived so that the coupling between the wall function boundary condition and CFD code was realized more accurately.Whereafter,the application study of the modified wall function was carried out.The numerical case of supersonic turbulent boundary layer on a flat plate illustrated that the modified wall function produces reasonable results of skin friction and heat flux,and profiles of velocity,temperature and turbulent eddy viscosity for coarse grids with the initial wall spacing of y+<400,and that the modifications to the original wall function can obviously improve the simulation precision.As for the application of separation flows,it was found from the numerical cases of supersonic cavity flow and hypersonic axisymmetric compression corner that the compressible velocity law-of-the-wall originally established based on the fully-developed attached turbulent boundary layer approximately holds in the near-wall region inside the separation flows,which ensures that reliable skin friction and heat flux can be given by the wall function inside the separation flows,while for the region near separation and reattachment points,the wall function gives results with a relatively large error,because the velocity law-of-the-wall used in the wall function takes on obvious deviation from the real velocity profiles near the separation and reattachment points.

关键词：可压缩流动边界条件壁面函数应用湍流边界层压缩速度数值模拟高超音速

Numerical investigation on jet interaction with a compression ramp

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Chinese Journal of Aeronautics 2013年第4期26卷 898-908页

作者： Zhen Huaping gao zhenxun Lee Chunhian School of Aeronautic Science and Engineering Beihang University

A numerical investigation on jet interaction in supersonic laminar flow with a compres- sion ramp is performed utilizing the AUSMDV scheme and a parallel solver. Several parameters dominating the interference flowfield are studied after defining the relative increment of normal force and the jet amplification factor as the evaluation criterion of jet control performance. The computational results show that most features of the interaction flowfield between the transverse jet and the ramp are similar to those between a jet and a flat plate, except that the flow structures are more complicated and the low-pressure region behind the jet is less extensive. The relative force increment and the jet amplification factor both increase with the distance between the jet and the ramp shortening till quintuple jet diameters. Inconspicuous difference is observed between the jet-before-ramp and jet-on-ramp cases. The variation of the injection angle changes the extent of the separation region, the plateau pressure, and the peak pressure near the jet. In the present computational conditions, 120 is indicated relatively optimal among all the injection angles studied. For cold gas simulations, although little influence of the jet temperature on the pressure distribution near the jet is observed under the computation model and the flow parameters studied, reducing jet temperature somehow benefits the improvement of the normal force and the jet efficiency. When the pressure ratio of jet to freestream is fixed, the relative force increment varies little when increasing the freestream Mach number, while the jet amplification factor increases.

关键词： Air pressure Amplification factor Computational aerodynam- ics Navier-Stokes equations Pitch control Transverse jet

Ferroelectricity in dopant-free HfO_(2) thin films prepared by pulsed laser deposition

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Journal of Materiomics 2022年第2期8卷 311-318页

作者： Yongjian Luo zhenxun Tang Xiaozhe Yin Chao Chen Zhen Fan Minghui Qin Min Zeng Guofu Zhou Xingsen gao Xubing Lu Jiyan Dai Deyang Chen Jun-Ming Liu Institute for Advanced Materials South China Academy of Advanced OptoelectronicsSouth China Normal UniversityGuangzhou510006China Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Information Materials and Technology South China Academy of Advanced OptoelectronicsSouth China Normal UniversityGuangzhou510006China Department of Applied Physics The Hong Kong Polytechnic UniversityHung HomKowloonHong KongChina Laboratory of Solid State Microstructures and Innovation Center of Advanced Microstructures Nanjing UniversityNanjing210093China

As a high-k material,hafnium oxide(HfO_(2))has been used in gate dielectrics for decades.Since the discovery of polar phase in Si-doped HfO_(2) films,chemical doping has been widely demonstrated as an effective approach to stabilize the ferroelectric phase in HfO_(2) based thin films.However,the extra capping layer deposition,post-growth annealing and wake-up effect are usually required to arouse the ferroelectricity in HfO_(2) based thin films,resulting in the increase of complexity for sample synthesis and the impediment of device application.In this study,the ferroelectricity is observed in non-capped dopant-free HfO_(2) thin films prepared by pulsed laser deposition(PLD)without post-growth annealing.By adjusting the deposited temperature,oxygen pressure and thickness,the maximum polarization up to 14.7 m C/cm^(2) was obtained in 7.4 nm-thick film.The fraction of orthorhombic phase,concentrations of defects and size effects are considered as possible mechanisms for the influences of ferroelectric prop-erties.This study indicates that PLD is an effective technique to fabricate high-quality ferroelectric HfO_(2) thin films in the absence of chemical doping,capping layer deposition and post-growth annealing,which may boost the process of nonvolatile memory device application.

关键词： Hafnium oxide Pulsed laser deposition Ferroelectricity Orthorhombic phase

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高超高焓非平衡流动数值模拟方法研究综述

力学进展 2023年第3期53卷 561-591页

作者：高振勋蒋崇文李椿萱北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

高性能计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)模拟可以与高超飞行试验、高焓地面设备实验研究相互印证,在热化学非平衡效应研究以及未来高超声速飞行器研制中将发挥更重要的作用.本文回顾了国内外在热化学非平衡流动CFD研究方... 详细信息

高性能计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)模拟可以与高超飞行试验、高焓地面设备实验研究相互印证,在热化学非平衡效应研究以及未来高超声速飞行器研制中将发挥更重要的作用.本文回顾了国内外在热化学非平衡流动CFD研究方面的进展,概述了相关热化学模型、数值格式研究以及CFD软件研制方面的现状和发展趋势,最后指出了今后在基础研究、软件开发、模拟应用等方面需要关注的问题.(1)在热化学模型方面,常用温度模型并不完全精确,多振动温度模型具有发展潜力但工程应用受限,态−态模型更精确但模拟技术尚不成熟,更为精确的热力学输运模型、有限速率化学反应模型、振动−离解耦合模型以及表面效应模型等是提升热化学非平衡模拟精度的重要物理模型,值得深入研究;(2)在数值方法方面,多物理场耦合模拟是高超热化学非平衡流动CFD研究的热点和趋势,对CFD方法的鲁棒性和收敛性提出了更高的要求,值得重点关注和研究,此外常用数值格式需要针对热化学非平衡流动特征进行适应性改造,RANS方法在热化学非平衡湍流模拟中的计算可靠性仍有待验证;(3)在数值软件方面,基于结构/非结构混合网格的数值求解器更加符合工业应用需求,未来高超数值软件需要具备稳定、鲁棒的多学科、多物理场耦合求解功能,且能够适应更大网格规模大尺度复杂外形的模拟需求;(4)可综合应用多种加速技术手段提升热化学非平衡流动数值模拟的计算效率,计算刚性是热化学非平衡流动数值模拟方法研究的共性基础问题,刚性消除方法仍需进一步研究和发展.

关键词：高超声速热化学非平衡高焓计算流体力学(CFD) 计算刚性

镇旬盆地南缘淋湘金矿床地质特征及矿床成因探讨

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岩石学报 2024年第6期40卷 1748-1766页

作者：薛仲凯范堡程李航王长明高永宝魏立勇马承孟五一中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国地质调查局西安矿产资源调查中心西安710100 中国地质调查局金矿勘查技术创新中心西安710100 西北大学地质学系西安710069

淋湘金矿床是南秦岭镇安-旬阳盆地南缘一处典型的微细浸染型金矿床,矿体受近EW向断裂控制,赋矿围岩为下泥盆统西岔河组斑点状千枚岩和中泥盆统杨岭沟组灰岩夹千枚岩。由于对该矿床成矿物质来源的认识存在不同观点,致使对该矿床的成因存... 详细信息

淋湘金矿床是南秦岭镇安-旬阳盆地南缘一处典型的微细浸染型金矿床,矿体受近EW向断裂控制,赋矿围岩为下泥盆统西岔河组斑点状千枚岩和中泥盆统杨岭沟组灰岩夹千枚岩。由于对该矿床成矿物质来源的认识存在不同观点,致使对该矿床的成因存在热水沉积成因、喷流沉积-后期热液叠加改造等多种观点,难以建立统一的成矿模式。本文以淋湘金矿床的黄铁矿和自然金为研究对象,对其开展电子探针、LA-ICP-MS原位微区硫同位素和微量元素分析,探讨金的赋存状态,限定成矿物质来源与矿床成因。研究结果表明,淋湘金矿床的金以裂隙金和包体金为主,少数以显微纳米金(Au 0)形式赋存于黄铁矿晶格中。Ⅱ成矿阶段硫同位素在16.28‰~17.84‰之间,平均值为16.91‰;Ⅲ成矿阶段硫同位素在15.19‰~15.68‰之间,平均值为15.51‰。这一特征与金龙山卡林型金矿床相似,成矿阶段具有地层硫特征,后期有岩浆硫的混入。从PyⅡ-Ⅲ阶段,Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Pb、Bi等成矿元素均呈增加趋势,As元素含量呈下降趋势,Co、Ni元素含量略有上升。PyII的Co/Ni比值差异较大,可能与黄铁矿后期变质重结晶有关;PyIII大部分Co/Ni比值大于1.00,表明其为热液成因黄铁矿。不同元素之间相关性具有较大差异,成矿流体为混合源,推测在主成矿阶段晚期可能遭受岩浆热液事件扰动。主成矿阶段流体包裹体气相成分中CO_(2)等挥发分的逸失及CH_(4)的加入,表明流体发生了不混溶作用。综上所述,淋湘金矿床成因过程可总结为:随着大气降水和变质流体沿构造裂隙向上运移,该混合流体萃取地层中成矿物质,并在成矿有利部位因为流体不混溶作用导致成矿物质沉淀析出,而后期岩浆热液的加入使成矿物质进一步富集。

关键词： LA-ICP-MS EPMA 微量元素矿床成因淋湘金矿

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POSITIVE SOLUTIONS OF NEUTRAL FUNCTIONAL DIFFERENTIAL EQUATIONS

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Acta Mathematica Scientia 1996年第3期16卷 321-329页

作者：黄振勋高国柱 Dept. of Mathematics Fudan University Shanghai 200433 China Basic Sciences Department China Textile University Shanghai 200051 China

This paper is to obtain sufficient conditions under which the neutral functional differential equation d/dx[x(t) + integral(c)(t) x(s)d(s) mu(t, s)] + integral(c)(t) f(t, x(s))d(s) eta(t, s) = 0, t greater than or equal to t(0) greater than or equal to c (1) has a positive solution on [c, +infinity). Some results in [1] are generalized. Then we apply our results to functional differential equations of special form and obtain sufficient conditions for those equations to have a positive solution.

关键词： positive solutions neutral functional differential equations

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重叠网格装配中的一种改进ADT搜索方法

北京航空航天大学学报 2017年第6期43卷 1182-1190页

作者：李鹏高振勋蒋崇文李椿萱北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

针对现有交替数字二叉树(ADT)方法的不足,引入辅助笛卡儿网格提出了一种基于散列数据结构的改进搜索方法以缓解可能出现堆栈溢出的问题和提高重叠网格装配的效率。该方法以散列数据结构的方式对网格单元进行存储和搜索,首先以辅助笛卡... 详细信息

针对现有交替数字二叉树(ADT)方法的不足,引入辅助笛卡儿网格提出了一种基于散列数据结构的改进搜索方法以缓解可能出现堆栈溢出的问题和提高重叠网格装配的效率。该方法以散列数据结构的方式对网格单元进行存储和搜索,首先以辅助笛卡儿网格对网格单元的存储空间进行初步映像,然后基于ADT搜索树作进一步检索。在ADT搜索方法的基础上,笛卡儿网格的引入进一步缩小了网格单元的搜索范围使得改进方法具有更好的效率。基于单个网格节点,查询深度和搜索耗时的测试显示改进方法相比现有ADT搜索方法能使挖洞的平均效率提高25%以上。此外,挖洞结果和基于网格装配的数值计算验证了改进搜索方法在重叠网格装配中的可靠性。

关键词：重叠网格网格装配交替数字二叉树(ADT) 贡献单元搜索方法