編號：NMJS08805
篇名：固空枝晶微結(jié)構(gòu)生長演化非等溫定量相場模擬研究
作者：李超龍 文鍵 王磊 雷剛 陳強(qiáng) 屠基元
關(guān)鍵詞： 固空枝晶 非等溫相場 形態(tài)演化 液氫
機(jī)構(gòu)： 西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 航天低溫推進(jìn)劑技術(shù)國家重點實驗室 皇家墨爾本理工大學(xué)工學(xué)院 清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院
摘要： 為了探究熱-溶質(zhì)耦合驅(qū)動下固空枝晶生長演化和氧溶質(zhì)分布規(guī)律,建立了非等溫定量相場模型,應(yīng)用該模型研究了不同過冷度及邊界熱流條件下固空枝晶的形態(tài)演化、生長速度、氧溶質(zhì)分布。結(jié)果表明:相比等溫模擬,考慮凝固潛熱的非等溫模擬可以更真實再現(xiàn)固空枝晶的生長過程,氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)峰值相比等溫模擬減少了8.5%~14.6%;枝晶的生長速度、最大氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)和初始過冷度呈現(xiàn)正相關(guān)性,初始過冷度為4 K時,固液糊狀區(qū)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大可達(dá)到0.401;邊界熱流的存在可顯著改變計算域溫度分布進(jìn)而影響固空枝晶的生長模式;熱輸入減緩了枝晶的生長,而熱提取使枝晶臂生長得更為繁盛粗壯,熱提取、熱輸入條件下的固相率分別是無邊界熱流時的138%、69%,最大氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是無邊界熱流時的146%、94%。該研究可增進(jìn)對液氫中固空枝晶生長行為的理解,為液氫系統(tǒng)的安全使用提供一定的理論指導(dǎo)。
