冰水固流转化理论研究

论文摘要

水的固流转化现象是自然界中最为常见的物理现象,但人们尚不能完全理解其过程。本文从宏观尺度和微观尺度对现象进行了考察、分析。在宏观尺度方面,本文主要介绍了在凝固过程中传热的基本原理及在现今阶段该方面的主要研究进展情况,在此基础上引入温度模型和焓模型,通过在Wolfram Mathematica软件使用数值方法分析了部分非稳态热传导情形下的温度场分布状况,然后以图片的形式展示了表示凝固过程中温度场的变化情况。设计了冰体融化实验并得到融化速度和融化过程的经验公式。在微观尺度方面,本文介绍了分子动力学的分析方法。分子动力学和Monte Carlo方法是在微观尺度模拟物质结构变化的主要手段。分子动力学更适合研究物质的动态效应。本文介绍了分子动力学分析的主要流程:势能模型的选取、微分方程的求解、数据结果的分析。依据该流程对303K(30摄氏度)温度下的水进行了分子动力学分析和模拟,并比较了同一冷速下不同温度时各双体分布函数函数的特征,显示了晶态物质在凝固过程中的出现,这和宏观的研究的结果是相适应的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数值求解相变传热问题的研究
• 1.3 固流转化之凝固理论的研究
• 1.4 分子动力学的发展
• 1.5 本文的工作内容
• 第二章 冰水固流转化理论之相变热力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 冰水固流转化之热力分析的理论和数学模型
• 2.3 冰水固流转化之边界条件
• 2.4 部分边界条件的热传导
• 2.4.1 界面函数为常数和简单函数时的温度分布
• 2.4.2 界面函数为常数的二维温度场分布
• 2.4.3 界面函数为常数的三维温度场分布
• 2.5 冰体融化实验及实验结果分析
• 第三章 固流转化理论之分子动力学分析及模拟
• 3.1 引言
• 3.2 分子动力学基础
• 3.3 分子动力学分析流程
• 3.3.1 分子势能
• 3.3.2 初始位置的生成
• 3.3.3 初始速度的生成
• 3.3.4 周期边界条件
• 3.3.5 作用力的计算
• 3.3.6 方程积分算法
• 3.4 数据结果的分析方法
• 3.5 不同冷速对固流转化的影响
• 总结
• 未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录