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不同低气压环境下走廊火灾顶棚射流温度分布特征研究

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工程热物理学报 2024年第7期45卷 2166-2174页

作者：刘紫玮唐飞胡隆华孙协鹏张晓磊中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩... 详细信息

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩展结构逐渐由半椭圆形变为“U”形;揭示了不同低气压环境对走廊火灾顶棚射流最高温升和纵向温度衰减的影响机制,建立了考虑不同低气压环境影响的走廊内顶棚下方中心和两侧温度分布的表征关系式。

关键词：顶棚射流走廊火灾环境气压火焰结构温度分布

铜/钢爆炸焊接复合界面的显微组织及晶粒结构演化机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1588-1605页

作者：杨明张冰原马宏昊王金相熊家艺南京理工大学瞬态物理全国重点实验室南京210094 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230026 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表... 详细信息

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表明,界面附近区域呈多样性的晶粒结构,其演化机制主要受塑性流动、动态再结晶和凝固形核三个过程的控制。最后,通过纳米压痕实验建立晶粒结构与力学性能之间的关系。

关键词：爆炸焊接铜/钢复合材料成波机理晶粒结构纳米压痕

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基于Tersoff势的晶格中波动传播

爆炸与冲击 2024年第9期44卷 34-47页

作者：周子清王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先,在微振动的情况下,分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播,得到了晶格中的色散关系... 详细信息

在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先,在微振动的情况下,分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播,得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次,分别以碳晶格和硅晶格为例,运用有限差分方法,研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程,对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异,并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响,揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后,分别以金刚石和碳化硅为例,采用分子动力学模拟方法,研究了多晶体系中的波动传播特性,讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明:多晶体系中晶格结构更复杂,其中的波动传播特性与单晶体系存在差异;缺陷的存在对波动传播规律影响显著,这种影响在多晶体系中表现得更加突出。

关键词：晶格动力学微振动 Tersoff势缺陷分子动力学

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幂律梯度材料的热弛豫响应行为

爆炸与冲击 2024年第8期44卷 32-43页

作者：谢雨珊徐松林袁良柱陈美多王鹏飞中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数... 详细信息

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数法,得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上,由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法,验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例,讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析发现,在所研究范围内温度场具备波动和传导衰减的双重特性。响应时间和温度幅值随着热弛豫时间系数的增大而增大,温度场分布和单元波形与梯度结构相关。

关键词：热弛豫响应 Mo-ZrC梯度材料贝塞尔级数拉普拉斯变换

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基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 88-94页

作者：徐秋怡朱文越陈杰刘强郑健捷杨韬杨腾飞中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230026

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标... 详细信息

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO_(2)气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明:NO_(2)气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO_(2)气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不同导致标定过程仍然存在光声效应之外的光与物质的相互作用、标定介质损耗、测量环境等不确定因素,这些都会导致这两种标定介质的标定结果差异;苯胺黑气溶胶采用不同波长光源得到的标定系数明显不同,同一粒径的单分散苯胺黑气溶胶在532 nm波长处获取的标定系数约为1 064 nm波长处标定系数的1.5~2倍。导致该结果的可能原因有两个,一是未准确获取1 064 nm波长处苯胺黑的复折射率,二是标定过程中532 nm光束、 1 064 nm光束与谐振腔的匹配模式不一致导致;标定系数与单分散气溶胶的粒径存在反比关系,随着苯胺黑气溶胶粒径每增大50 nm, 532 nm波长光源的标定系数减小19%, 1 064 nm波长光源的标定系数减小12%。标定系数与粒径的反比关系可能由不同粒径的苯胺黑气溶胶粒子经过管道和光声池的损耗不同导致。由此可见,气体标定方法与气溶胶标定方法各有其优势与不足,但两种标定方式都可以获取相应的标定系数,在实际标定方法的选择上,需要综合考虑多种因素,选择合适的标定方法。

关键词：光声光谱气溶胶光学吸收系数气溶胶吸收系数标定

合金纳米颗粒原子级分散制备的双位点催化剂中单点Ag1对Pd1在炔烃双烷氧羰基化反应中的促进作用

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 282-292页

作者：李星局李峥冯四全宋宪根严丽母佳利袁乔宁丽丽陈维苗韩仲康丁云杰中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室(筹)辽宁大连116023 浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027 中国科学技术大学化学物理系安徽合肥230026 中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室辽宁大连116023

炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意... 详细信息

炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意义.然而,目前广泛应用的均相Pd基催化体系存在催化剂分离困难、金属流失以及需要添加有机膦配体或各种磺酸助剂等问题,这不仅增加了制备成本,还可能引入不必要的杂质.此外,尽管纳米催化剂在催化领域有着广泛的应用,但大多数纳米催化剂在炔烃双烷氧基羰基化反应中仍表现出反应活性低和稳定性差的问题,这限制了其在工业生产中的应用.相比之下,多相单金属点催化剂因其100%的原子利用率和较好的催化活性而备受关注.然而,由于多相单金属点催化剂具有相对简单的结构和配位环境,其应用仍受到一定的限制.为了克服这一难题,合成具有不同金属的双位点催化剂成为了一个研究热点.双位点催化剂有望进一步释放单金属位点催化剂的潜力,提高反应活性和稳定性.然而,尽管双位点催化剂具有巨大的应用前景,但目前仍面临着制备方法的挑战.如何设计并实用可行地制备出具有高效催化性能的双位点催化剂,是当前科研领域亟待解决的问题.本文提出一种由CO/CH3I混合物诱导分散Pd-Ag合金纳米颗粒的处理方法,用于制备Pd1-Ag1/AC双位点催化剂.利用X射线衍射、X射线光电子能谱和高角环形暗场扫描透射电子显微镜等方法对分散过程进行表征.结果表明,在分散过程中,CO和CH3I与金属发生协同作用,通过配位生成一种独特的双核络合物(PdI2(CO)-I2-AgI)结构.这种络合物结构逐一从合金纳米颗粒上剥落,直至完成原子级的分散.乙炔双烷氧羰基化反应结果表明,与单金属Pd1/AC相比,在相同反应条件下,双位点Pd1-Ag1/AC催化剂上的乙炔转化率提高了2倍.同时,在保持丁烯二酸二酯选择性为98%的情况下,该催化剂循环使用10次后催化剂性能未见明显变化.炔烃底物拓展结果表明,Pd1-Ag1/AC的协同作用不仅可以提高催化活性,而且在高位阻存在的情况下可以提高产物的立体选择性,这表明双位点协同促进作用对炔烃双羰基化反应具有良好的普适性.微分吸附量热表征结果证明了通过碘配体桥连的Pd1和Ag1单金属点之间的协同效应可以增强催化剂对乙炔的吸附能力.此外,结合拓展边X射线精细结构等实验结果,对催化剂的结构变化和反应机理进行了进一步的探究.第一性原理计算得到的反应能垒和过渡态结果表明,乙炔吸附是反应的速率决定步骤.与Pd1/AC相比,Pd1-Ag1/AC催化剂在反应决速步上表现出了更低的活化能,这从热力学和动力学两个层面解释了其具有更好催化性能的原因.Bader电荷分析和投影态密度计算的结果表明,由于Ag1位点的引入,使Pd1-Ag1/AC催化剂的电荷转移能力和吸附能力均得到增强.相较于Pd1/AC,Pd1-Ag1/AC具有更低的形成能,表明Ag1位点不仅可以提升催化活性,也可以增强双位点结构的稳定性.因此,在催化反应中,Ag1位点的存在起到了重要的促进作用,使得Pd1-Ag1/AC催化剂表现出更优异的性能.综上,本文制备的双位点Pd1-Ag1/AC催化剂在乙炔双烷氧羰基化反应中表现出较好的催化活性和稳定性,证明了双位点协同效应的重要性,为高效催化剂的设计和应用提供了新的思路.

关键词：协同促进作用双位点催化剂原子级分散合金纳米颗粒炔烃双烷氧羰基化稳定性

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细观非连续介质的应力波传播研究

爆炸与冲击 2024年第9期44卷 48-59页

作者：袁良柱陈美多谢雨珊陆建华王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室北京100036

固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维... 详细信息

固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程,引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解,结果表明:控制方程中的等效分数阶阶数越小,计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性,并进一步研究非连续介质的波传播规律,在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上,基于ABAQUS软件建立了随机多孔介质模型。分析发现:多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响,但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关,因此,其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小,孔洞相对数量分布大致相同的情况下,其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。

关键词：分数阶导数细观非连续波传播有限差分等效分数阶阶数

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细观非均匀介质中的耦合波动传播

爆炸与冲击 2024年第9期44卷 60-74页

作者：陆建华袁良柱谢雨珊陈美多王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室北京100036

非均匀介质在自然界中十分常见,针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系,提出了描述材料非均匀性的耦合系数,并建立了广义波动方... 详细信息

非均匀介质在自然界中十分常见,针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系,提出了描述材料非均匀性的耦合系数,并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明,耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例,给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式,并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速和波传播过程的影响。耦合压缩波速反映了剪切对压缩的耦合效应和体积压实效应2种机制的竞争,耦合剪切波速反映了压缩对剪切的耦合效应和介质持续畸变带来的剪切弱化效应2种机制的竞争。这些机制可通过压剪耦合参数的不同组合来实现。应用真三轴实验系统测量了花岗岩、由砂浆制成的模型材料、具有粗骨料的水泥砂浆制成的材料3种非均匀介质在不同压剪应力下的纵波波速。结果表明,体积压实效应普遍存在,而非均匀程度越高,材料伸缩的同时完成切向的畸变导致压缩波的速度显著降低,剪切对纵波波速的影响越占据主导。理论计算结果与实验结果整体趋势基本一致。本研究可为非均匀材料的波速和动态力学性能研究提供物理机制方面的解释。

关键词：非均匀性压剪耦合效应广义波动方程本构关系波速

硅酸盐熔体的物理性质及其对地球深部状态和过程的启示

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矿物岩石地球化学通报 2024年

作者：郭璇张力颜晗倪怀玮中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室深空探测实验室/中国科学技术大学地球和空间科学学院

硅酸盐熔体在地球形成和演化的各个阶段均扮演了至关重要的角色，是地球内部物质循环与能量传递的关键载体，具有非常活泼的物理化学性质。深入理解硅酸盐熔体在高温高压下的物理性质，对于准确诠释与熔融密切相关的地质过程与现象具有... 详细信息

硅酸盐熔体在地球形成和演化的各个阶段均扮演了至关重要的角色，是地球内部物质循环与能量传递的关键载体，具有非常活泼的物理化学性质。深入理解硅酸盐熔体在高温高压下的物理性质，对于准确诠释与熔融密切相关的地质过程与现象具有重要意义。近年来对硅酸盐熔体物理性质的研究取得了显著进展，通过结合模拟计算，不仅促进了我们对熔体基本物理性质的认知，还解析了熔体结构变化导致物理性质改变的机制；通过与地球物理观测及地球化学分析结合，极大地推动了对熔融在地球内部状态和过程中重要作用的理解。本文综述了熔体物理性质的特征，探讨了随温度、压力及成分变化的规律，分析了性质变化的潜在原因，总结了相关性质的定量模型，并阐释了一些具有重要意义的应用。

关键词：硅酸盐熔体物理性质挥发分定量模型地球内部过程