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铝熔体中杂气干系及排杂净化熔剂润湿行为的分子动力学模拟与试验关键词：铝熔体；杂气排除；排杂净化熔剂；润湿行为；分子动力学模拟；试验探究铝熔体中杂气干系及排杂净化熔剂润湿行为的分子动力学模拟与试验前言随着铝合金在工业、航空、汽车等领域的广泛应用，铝及其合金的质量要求越来越高。
其中，杂气排除是影响铝及其合金材料性能的重要因素之一。
铝是一种氧化性较强的金属，处于液态状态时，易与大气中的氧、氮等气体发生反应，从而形成各种气泡和夹杂物。
这些气泡和夹杂物若果未能完全排除，容易对铝及其合金的性能产生不良影响，如气孔、疏松、裂纹等。
因此，探究铝液态表面与杂气原子之间的互相作用及杂气排除机理对于提高铝及其合金的质量有着重要意义。
除了杂气排除外，铝液态表面的润湿性也是影响铝及其合金加工性能的重要因素。
在铝熔体中，由于表面张力的存在，在铝液态表面浸润熔剂的能力受到限制，导致润湿性较差。
因此，探究排杂净化熔剂的润湿行为，期望找到一种新的方法来改善铝液态表面的润湿性。
为了深度理解铝熔体中杂气运动及其排除机制，以及排杂净化熔剂的润湿行为，本文起首接受分子动力学方法对铝熔体中杂气原子的行为进行了模拟探究，探讨了杂气原子对铝液态表面润湿性的影响。
同时，开展了试验探究，并探究了排杂净化熔剂的润湿行为。
本文旨在提供一种新的思路来改善铝及其合金材料的质量和加工性能。
方法分子动力学模拟：本文接受分子动力学方法对铝熔体中杂气的行为进行了模拟。
模拟系统包括2500个铝原子和50个杂气原子（含氢、氮、氧等），温度设定为700K，模拟时间为50ps。
模拟使用的分子动力学软件为LAMMPS。
试验探究：本文在试验室中接受平面铝杯进行试验，通过向铝液态表面添加杂气来模拟铝液态表面的杂气聚集行为。
同时，引入排杂净化熔剂来探究其对铝液态表面润湿性的影响。
试验中使用的熔剂是由氯化钠和氯化铝组成的混合物。
结果与谈论分子动力学模拟结果显示，杂气原子在铝熔体中会形成气泡，并对铝熔体的物理性质产生显著影响。
重庆大学博十学位论文３．４．２网格检验Ｊｏｎｅｓ．Ｌａｕｎｄｅｒ低Ｒｅ数ｋ－ｅ紊流模型的计算结果与网格划分密切相关，所以计算之前需作网格测试。
对加热温差ＡＴ＝１０Ｋ，晶体转速１２，＝１５ｒｐｍ，坩埚转Ｊ她＝Ｏｒｐｍ的工况采用三种不同的网格划分进行重复计算，并将计算结果进行比较。
第一种网格为在５０ｒｘ４０Ｚｘｌ６００的网格划分的基础上，在坩埚壁面、晶体／熔体界面各加密一次，熔体／晶体，封层三相交界处加密两次，所得控制容积数Ｖｒ＝５８０２３７；第二种网格为在５０‘ｘｚｌ４）Ｚｘｌ６０。
的网格划分的基础上，坩埚壁面加密一次，晶体／熔体界面加密两次，熔４＊／晶体／封层三相交界处加密三次，所得控制容积数ｙ扫６８２８７１；第三种网格为在５０ｒｘ４０Ｚｘｌ６００的网格划分的基础上，坩埚壁面加密两次，晶体／熔体界面加密三次，熔体／晶体／封层三相交界处加密四次，所得控制容积数Ｖｒ＝１４６５４２２。
图３．５为三种网格计算出的４００８时刻任一温度口＝１５１７．２Ｋ）等值面图和任一速度ｆＶ＝０．０１６ｍ／ｓ）等值面图。
图３．６为三种网格计算出的任意监测点Ｎ３的温度波动时域图及相应频谱图。
从图中可以看出三种网格均能预测到相似的非轴对称的流场、温度场以及温度场波动特性，然而流场、温度场波动的幅度和频率与网格的疏密有图３．５三种网格预测到的４００ｓ时刻任一温度（Ｔ＝１５１７．２目等值面图（ａｑ和任一速度（Ｖ＝Ｏ．０１６ｍ／ｓ）等值酝图（ｄ田，ＡＴ＝１０Ｋ，Ｄｓ＝１５ｒｐｍ，ａ产Ｏｒｐｍａｔ殆１５１７．２Ｋ（ａ－ｃ）ａｎｄｉｓｏｖｃｌｓｕｒｆａｃｅｓａｔ１１＝０．０１６ｍ／ｓ（ｄ－ｆ）ａｔｔＦｉｇ．３．５Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｓｕｒｆａｃｅｓ＝４００ｓｆｏｒｔｈｒｅｅｓｅｔｓｏｆｇｒｉａｓ，Ｃａｃｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔａｋｉｎｇｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｖａｌｕｅｓ：ＡＴｆｌ０Ｋ，Ｌ），＝１５ｔｐｍ，ａｃ＝０ｒｐｍ关。
doi: 10.3969/j.issn.2095-4468.2022.05.204水平圆锥式分配器内两相流动分配模拟及优化设计傅羽欣1，黄天骢1，刘斌2，胡海涛*1（1-上海交通大学制冷与低温研究所，上海 200240；2-浙江英特科技股份有限公司，浙江安吉 313300） [摘 要] 本文对水平安装的应用于干式壳管蒸发器的12孔圆锥式分配器进行了结构优化设计。
通过实验验证了CFD 模型的合理性，模拟能够准确预测分流器的性能。
找出了分配器性能的6种结构影响因素，利用CFD 模拟，分析了各个结构参数影响因素下的分流均匀性。
得出分配孔径2 mm ，分配孔长度30 mm ，节流孔长度10 mm ，节流孔径3.57 mm 为最佳结构，不均匀度为0.27；而将分配孔插入混合腔可以进一步优化分配器的分配性能，不均匀度可以减小达40%。
[关键词] 圆锥式分配器；干式壳管蒸发器；结构优化；CFD 模拟；分配性能 中图分类号：TB61+1; TQ051.5文献标识码：ASimulation and Optimization of Two-phase Flow Distribution in Horizonal ConicalDistributorFU Yuxin 1, HUANG Tiancong 1, LIU Bin 2, HU Haitao *1(1-Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;2-Zhejiang Extek Technology Co., Ltd., Anji 313300, Zhejiang, China)[Abstract] In this passage, the structure of a 12-hole conical distributor that is installed horizontally and applied to a dry-expansion shell and tube evaporator is optimized. The rationality of the CFD model is verified through experiments, and the performance of the distribution can be predicted by simulation. The six structural parameters of the distributor performance are found, and the distribution uniformity under the influence factors of each parameter is analyzed by CFD simulation. It is concluded that the distributor with the distribution diameter of 2 mm and length of 30 mm, the orifice length of 10mm and diameter of 3.57 mm is the best structure, with an unevenness of 0.27. Inserting the distribution hole into the mixing cavity can further optimize the distribution performance of the distributor, with the unevenness reduced by up to 40%.[Keywords] Conical distributor; Dry-expansion shell and tube evaporator; Structure optimization; CFD simulation; Distribution performance0 引言干式壳管蒸发器常采用管板式进行气液相的分配，以实现向蒸发器均匀、等量的供液[1]。
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第16卷第1期2009年1月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)Earth Science Frontiers (Chin a University of Geosciences,Beijing;Peking University)Vol.16No.1Jan.2009收稿日期:2008-10-11;修回日期:2008-12-10基金项目:国家重点基础研究发展计划/9730项目(2007CB411303);科学技术部支撑计划/3050项目(2007BAB25B01);国家自然科学基金项目(40673052,40273030)作者简介:张 辉(1965)),男,研究员,博士生导师,实验地球化学专业。
E -mail:zhanghui65@h 1kbar 、800e 下REE 在富磷过铝质熔体/流体相间分配的实验研究张 辉1, 唐 勇1, 刘丛强1, 陈剑锋1,211中国科学院地球化学研究所地球深部物质与流体作用地球化学研究室,贵州贵阳55000221中国科学院研究生院,北京100049Zhang H ui 1, Tang Yo ng 1, Liu Cong qiang 1, Chen Jianfeng1,211L aborator y f or S tudy of the Ear th p s Inter ior and Geof luid s,I nstitute of G eoc hemistry ,Chine se A cade my of S cience s,Guiyan g550002,China21G rad uate Sc hool,Chinese A cad emy of Sc ienc es,Be ij ing 100049,ChinaZhang Hui,Tang Yong,Liu Congqiang,et al 1An experim ental study of REE partitioning between phosphorus -rich peralum-i nous melt and coexisting aqueous fluid at 1kbar and 800e .Earth Science Frontiers ,2009,16(1):114-124Abstract:F luid -sat ur ated ex per iments were conducted to inv est igate the par titio ning of 12REE and Y betw een the phosphorus -rich peralumino us melt and coex isting aqueo us f luid at 1kbar and 800e 1A ll r uns w ere co n -ducted in cold -seal R apid -Q uench pressur e V essels (RQ V ,a kind of /exter nally heated co ld -seal pressur e v es -sels 0)using water as a pressure medium fo r durat ions of 144hours 1T he majo r chemical composit ions o f the in -itial and run -product g lasses wer e deter mined by EM PA ;REE content s of t he initial and run -pr oduct glasses wer e deter mined by L A -ICPM S;R EE contents of aqueous fluids wer e analy zed by ICP -M S 1It show s that the pa rtit ioning co eff icient s o f REE (including L a,N d,Sm,Eu,Gd,T b,Dy ,H o,Er ,T m,Y b and L u)be -tween aqueous fluid and hydr ous melt (D fluid/melt )v ary f rom 011@10-4to 1919@10-4,and D fluid/me ltYrang e fr om 012@10-4to 718@10-4,indicating that R EE and Y are prefer entially partit ioned into the hy dr ous melts 1T he relationship of the fluid -melt partitioning coefficients o f R EEs t o the pho sphor us co ntents in the run -pr oduct glasses show s a near -no rmal distr ibution as the content s of P 2O 5incr easing from 0119w t%to 6109w t%,w ith the maximum D fluid/melt co rr esponding to 1144wt%of P 2O 51T he fluid -melt R EE partit ioning coefficients de -cr ease as increasing the atomic numbers of R EE fro m La to L u,show ing D LRE E >D M RE E >D HREE generally 1T he ratios of D Y to D H o show no obv ious variatio ns w ith increasing P 2O 5contents in the run -pr oduct glasses fr om 0119wt%to 6109w t%,keeping a near ly constant v alue o f ~1(in the rang e o f 0191-1128)1T he ex per imenta l results demo nstr ate t hat the interaction of pho sphor us -r ich per aluminous melt w ith coex isting aqueous fluid could not r esult in t he fractionation betw een Y and H o,and among the R EEs 1T her efor e,it is implied that the melt -fluid interactio n canno t be a candidate fo r the mechanism of REE tetr ad effect during the ev olution o f per -aluminous mag matic system.Key words:part itio ning co eff icient ;melt -fluid interaction;pho sphor us -r ich mag matic system;hig h -t empera -tur e and high -pressure ex per iment摘要:利用/RQ V-快速内冷淬火0(或称之为/外加热冷封式0)高温高压实验装置,实验研究了1kbar、800 e条件下12个REE+Y在富磷过铝质熔体/含水流体相间的分配,并利用EM P、L A-ICP M S和ICP-M S分析技术分别测定了实验初始物、实验产物玻璃中主要化学组成以及熔体相和流体相中REE含量。
实验结果表明,R EE元素(L a,N d,Sm,Eu,G d,T b,Dy,H o,Er,T m,Y b和L u)在流体/熔体相间的分配系数(D fluid/m elt)在(011~1919)@10-4范围,D fluid/me ltY在(012~718)@10-4范围,指示R EE和Y强烈趋向于在熔体中富集。
REE 在流体/熔体相间的分配系数(D fluid/melt)与体系中P2O5含量变化呈近抛物线状分布,其最大值对应于残余熔体中w(P2O5)为1144%处。
R EE在流体/熔体相间的分配系数(D fluid/melt)随R EE的原子序数增大而逐渐降低,构成右倾的平滑曲线,总体上显示出D LREE>D MREE>D HREE的趋势。
Y与H o在流体/熔体相间分配系数的比值(D Y/D Ho)约为1(0191~1128),不随体系中P2O5变化而变化的特征。
上述特征表明熔体-流体作用不会导致Y-Ho及REE间的分异,因此,可推断熔体-流体作用过程不可能是过铝质岩浆体系中产生稀土/四重效应0机制。
关键词:分配系数;熔体-流体作用;富磷岩浆体系;高温高压实验中图分类号:P579文献标志码:A文章编号:1005-2321(2009)01-0114-11尽管M cLennan(1994)对自然界存在稀土/四重效应0(REE tetrad effect)提出异议[1],但近十多年来,越来越多的研究表明地质样品中存在稀土/四重效应0[2-25]。
显然,稀土/四重效应0这一现象是客观存在的,并不是样品化学处理、分析误差以及采用不同物质标准化所引起的假象。
高度演化的过铝质岩浆岩,包括花岗伟晶岩和L-i F花岗岩,不仅存在显著的稀土/四重效应0,而且以存在显著的等价不相容元素对(Y-H o,Zr-H f, Nb-Ta和Sr-Eu)的分异为特征[10-11,13,17,24,26]。
对于其形成机制,目前普遍认为是岩浆-含氟流体相互作用的结果[10-11,13],或是岩浆-热液过渡这一特定阶段的产物[14]。
但显然,这仅仅是一种定性的推断,因为至今还未见实验地球化学方面的确凿证据的支持。
新疆阿尔泰3号伟晶岩脉是世界范围内分异最完善的LCT型伟晶岩,其初始岩浆以高P、低F为特征(P2O5、F的质量分数分别为514%~618%、013%~014%)[27];伟晶岩各结构带磷灰石矿物显示强烈的稀土/四重效应0以及不相容元素对Y-H o,Zr-H f,Nb-T a和Sr-Eu的显著分异[17,24]。
