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作者：徐志成暨南大学

学位级别：硕士

物质（分子）输运在自然界随处可见,并被人类所认识及利用,具体体现在食品、神经元、生物聚合物、药剂、有孔土壤及半导体掺杂过程等人类活动的领域。经长时间的探索,人类对物质输运规律的认识已有很大的进展,但绝大多数的研究只注意宏... 详细信息

物质（分子）输运在自然界随处可见,并被人类所认识及利用,具体体现在食品、神经元、生物聚合物、药剂、有孔土壤及半导体掺杂过程等人类活动的领域。经长时间的探索,人类对物质输运规律的认识已有很大的进展,但绝大多数的研究只注意宏观系统的输运。对于微观系统的输运机制,却较少有研究者涉足。因此本课题是通过构建一维到三维的非平衡分子系统,并采用分子动力学与蒙特卡洛方法相结合的方式模拟输运的物理过程。进而我们基于菲克定律来探索非平衡系统的温度、浓度、扩散通量、扩散系数等参数相互影响的关系,并讨论和验证菲克定律在非平衡分子系统中的适用性。以致此新研究成果可以帮助人们进一步理解在人类不同活动领域中的分子输运微观机制。研究成果主要包括三部分:首先,在一维简化系统的分子输运研究中,我们发现L-J势的ε参数、原子质量、环境温度、平均浓度和输运长度对其输运扩散行为可产生具有不同规律的影响过程,但L-J势的σ参数并不产生影响。其次,在一维过渡到三维系统的分子输运研究中,我们发现空间维度、环境温度、平均浓度和输运长度对其输运扩散行为可产生明显的影响,但是碳纳米管手性在常温下并不影响输运扩散能力。最后,在三维系统不对称管的分子输运研究中,我们发现两类奇特的输运现象:第一类是分子泵效应,其泵的效率与碳纳米管的锥角、管壁吸引力、口径、环境温度、平均浓度和原子种类明显相关;第二类是是分子输运的方向性,与其相关的影响因素包括环境温度、原子种类、纳米锥的口径等。

关键词：菲克定律输运扩散微观通道一维体系碳纳米管

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液态锂在铜的微通道中的流动行为

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物理学报 2016年第10期65卷 211-218页

作者：唐琬婷肖时芳孙学贵胡望宇邓辉球湖南大学物理与微电子科学学院长沙410082 湖南大学材料与工程学院长沙410082

本文采用分子动力学方法模拟了液态锂在铜的微通道内的流动行为.通过构建铜(111),(100)和(110)晶面的微通道内壁,研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在铜微通道中的流动速度分布情况,并探讨了微通道尺寸对液态锂流动行为的影响.研... 详细信息

本文采用分子动力学方法模拟了液态锂在铜的微通道内的流动行为.通过构建铜(111),(100)和(110)晶面的微通道内壁,研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在铜微通道中的流动速度分布情况,并探讨了微通道尺寸对液态锂流动行为的影响.研究结果表明铜微通道内的液态锂在靠近铜固体壁附近区域呈有序的层状结构分布,并受铜内壁晶面微观结构的影响.铜(111)和(100)面内壁附近的液态锂有序层分布结构更明显.外驱力作用下的液态锂在微通道内的流动速度呈抛物线分布,流固界面和流动方向对液态锂的流动速度都会产生影响.液态锂在铜(111)面内壁上流动的速度最大,且出现了速度滑移;在铜(110)面内壁上流动速度最小.通过对不同尺寸的微通道内液态锂流动行为的研究,发现流动速度的大小随着微通道尺寸的增加而增大,且最大速度与微通道尺寸呈二次函数关系,与有关理论计算结果符合得很好.

关键词：液态锂微观通道流固界面分子动力学模拟

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液态锂在金属微通道中的流动行为的研究

液态锂在金属微通道中的流动行为的研究

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作者：唐琬婷湖南大学

学位级别：硕士

作为新能源,核能的发展和利用是当前缓解能源危机有效措施。根据能源需求和能源生产结构,各国已大力开展有关核能利用的技术研究。近年来的研究发现,液态锂可以作为核反应堆装置中面对等离子体材料的候选之一,因为它具有许多优良性能.... 详细信息

作为新能源,核能的发展和利用是当前缓解能源危机有效措施。根据能源需求和能源生产结构,各国已大力开展有关核能利用的技术研究。近年来的研究发现,液态锂可以作为核反应堆装置中面对等离子体材料的候选之一,因为它具有许多优良性能.例如液态锂壁比固态壁可承受更大的表面热负荷,且无中子辐照损伤;能有效抑制高有效数离子返回等离子体;通过循环使用,能有效的吸附氢和杂质,容易实现热量排除和吸附粒子的更新,故液态锂壁具有一定的自我修复能力和可更新性,对核聚变装置的稳定运行有着至关重要的影响。作为新概念设计的液态锂壁,其在基底材料中的流动特性备受关注。本文利用非平衡分子动力学方法研究了液态锂在金属微通道内的流动行为。通过构建金属铜(111)、(100)和(110)晶面和铁(100)和铁(110)晶面的微通道内壁,本文研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在金属微通道中的流动速度分布情况,并探讨了微通道尺寸和流固界面的形貌对液态锂流动行为的影响。研究结果表明金属微通道内的液态锂在靠近铜和铁固体壁附近区域呈有序的层状结构分布,并受固体壁晶面微观结构的影响。铜(111)和(100)面内壁附近的液态锂有序层分布结构更明显,液态锂与铜(111)面之间的真空间隙层更宽;液态锂在铜(110)面附近分层结构不如另外两种流固界面明显,且出现了锂原子扩散进入铜壁,形成合金层的现象.液态锂在面对铁的流固界面流动时,其密度也出现了有序分层类似阻尼振荡的分布结构,且密度分布的峰值大于流固界面为铜时的情况。流固界面为铁(110)时,液态锂与固体界面间的真空间隙层大于流固界面为铁(100)的情况。外驱力作用下的液态锂在金属微通道内的流动速度呈抛物线分布,流固界面和流动方向对液态锂的流动速度都会产生影响。液态锂在铜(111)面内壁上流动的速度最大,且出现了速度滑移;在铜(110)面内壁上流动速度最小。与金属铜相比较,相同外驱力作用下的液态锂在铁的微通道内的流动速度大于铜的。液态锂在铁(110)面上流动的速度比铁(100)面的大,且流固界面附近出现了明显的速度滑移现象。流固界面为铁(110)时液态锂沿不同方向流动时速度大小也不相同。通过对不同尺寸的微通道内液态锂流动行为的研究,发现流动速度的大小随着微通道尺寸的增加而增大,且最大速度与微通道尺寸呈二次函数关系;流固界面为铜(100)面时,计算结果与有关理论计算结果符合得很好。流固界面为铜(111)面时,计算结果略大于理论计算结果;而流固界面为铜(110)时,计算结果略小于理论计算结果。流固界面的形貌直接影响液态锂的流速,流固界面越粗糙,流速越小,流固界面处的速度滑移现象越不明显。通过流体理论计算热通量发现,流固界面及流速方向的选择均会影响到流固界面附近液态锂的热通量,且越靠近流固界面大小区别越明显。

关键词：液态锂微观通道流固界面分子动力学

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相对论速度运动坐标系中分子体系的集体扩散性质研究

相对论速度运动坐标系中分子体系的集体扩散性质研究

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作者：林桂武暨南大学

学位级别：硕士

扩散现象是一种常见的自然现象,在现实生活和科学研究中都有很丰富的应用。物质输运也是一种扩散现象,其在静止参考系中物理规律已经有很多研究,但对于系统在高速运动时的物质输运现象的研究就比较少见。因此,本文构建了以相对论速度运... 详细信息

扩散现象是一种常见的自然现象,在现实生活和科学研究中都有很丰富的应用。物质输运也是一种扩散现象,其在静止参考系中物理规律已经有很多研究,但对于系统在高速运动时的物质输运现象的研究就比较少见。因此,本文构建了以相对论速度运动的非平衡分子系统,采用分子动力学和蒙特卡洛相结合的方法模拟相对论速度运动坐标系中物质输运的物理过程。探索非平衡系统以相对论速度进行运动时菲克定律的适用性,以及系统集体扩散系数的变化。首先,在一维的分子输运研究中,本文探讨了非平衡分子系统的温度,扩散系数等参数之间的关系。结果表明,系统运动的相对论速度对系统的温度基本上不产生影响,但系统的集体扩散系数会随着系统的速度接近光速逐渐减小为零。在考虑相对论效应的情况下,集体扩散系数应修正为D’(28)D(1-)。其中D’和D分别是修正后和修正前的集体扩散系数,w是系统运动的相对论速度,c为光速。第二,本文构建了相对论速度运动坐标系中的二维非平衡分子系统。研究表明,由于存在相对论效应,沿相对论速度方向的扩散规律和垂直于相对论速度方向的扩散规律肯定会有所差别。非但模拟计算所用到的相对论下的朗之万方程不同,而且在X轴和Y轴方向长度的收缩效应也不同。这些都导致了扩散规律与一维情形不同。通过数值模拟,发现集体扩散系数的修正公式仍满足(？)其中γ为洛伦兹因子,α为修正系数。且系统的速度和输运方向的夹角对集体扩散系数的大小有明显影响。当夹角从0增长为p/2时,修正系数a从3减小为1。最后,本文考虑了在加入非对称外场后,一维系统以相对论速度运动时,其输运扩散的整流效率的变化。主要做法是,在前面一维输运研究的基础上增加了一个由余弦函数组成的外势场,观察其在不对称外场的作用下的输运系数变化。在势阱外场的作用下,相对论速度产生的影响较小;但在势垒外场的作用下,相对论速度会对集体扩散有明显影响,一维集体扩散的整流效应随着系统运动速度的增加而逐渐减小。本论文尝试着将分子的输运扩散的研究从经典系统推广到相对论系统中,研究结果有助于理解高速运动系统中粒子的输运扩散现象。由于物质输运扩散的速率与人体新陈代谢的快慢密切相关,本文的研究对于探讨高速运动的飞行器或星系中人体和生物的老化现象有启发作用。

关键词：物质输运相对论扩散菲克定律微观通道

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