张力
,
王沫然
工程热物理学报
纳米通道内的反电渗析过程是一种将纳米通道两端由于浓度差造成的能量势差直接转化成电能的新方法.由于反电渗析中局部浓度随通道位置变化,壁面电荷密度也会随通道位置发生变化.本文引入双电层带电Basic-Stern模型,将壁面电荷密度与局部浓度关联,并在传统空间电荷模型的基础上,预测了反电渗析过程的电流电压曲线和电动势.修正的空间电荷模型由于引入双电层带电模型,将难以测量的物理量,如壁面电荷密度,转化为较易测得的物理量和已知的模型参数.与过去模型的对比表明修正的空间电荷模型在合理选择模型参数的条件下更符合实验结果.
关键词:
反电渗析
,
空间电荷模型
,
Basic-Stern模型
,
TMS模型
单小东
,
王沫然
工程热物理学报
本文基于热质概念和热-流比拟将固体导热问题转化为热子气的流动问题,研究了纳米梯形板导热的热整流现象.采用Monte Carlo数值模拟揭示了梯形微通道内气流的整流比随通道夹角的变化规律,并以此分析了纳米梯形板导热的热整流规律,与文献中的分子动力学模拟结果符合较好,从而验证了热子气模型的有效性.通过分析压差驱动力与壁面摩擦阻力随梯形通道夹角的变化关系初步揭示了纳米梯形板热整流效应的机制.
关键词:
热整流
,
热子气模型
,
等效热导率
,
纳米梯形板剂
杨建明
,
吴会军
,
钟支葵
,
何石泉
,
王沫然
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.10.031
纤维含量和直径是影响纤维/气凝胶复合材料热导率的重要参数.采用常压干燥工艺实验制备了石英玻璃纤维/SiO2气凝胶复合材料,基于材料微观结构表征结果建立了纤维/气凝胶复合材料总体热导率的计算模型,研究了纤维含量和纤维直径对复合材料热导率的影响规律.通过二元优化(即同时优化纤维体积分数和直径)获得了复合材料的最小总体热导率,与单一优化纤维含量或纤维直径相比总体热导率可分别减少50％和20％(以1000 K为例);并探讨了在不同温度条件下复合材料中最优纤维含量和纤维直径的变化规律,发现随温度升高最优纤维含量增大而最优纤维直径减小.研究结果可用于指导纤维/SiO2气凝胶复合材料的结构设计和性能优化,促进气凝胶复合材料在航空航天、工业、建筑等领域的节能应用.
关键词:
气凝胶
,
复合材料
,
热导率
,
衰减系数
,
优化
王金库
,
王沫然
,
李志信
工程热物理学报
非线性Poisson方程在化学、化工及生物等领域有着广泛的应用.本文发展了一种基于格子演化的新算法-格子Poisson方法(LPM),并且给出了Dirichlet边界条件和Neumann边界条件的实现方法.本方法不需要对方程进行线化处理,直接求解非线性方程,适用范围广泛.Dirichlet边界与Neumann边界的数值模拟结果与多重网格法等结果符合很好,验证了该方法在求解非线性Poisson方程的正确性与有效性.本方法非常适合并行计算,并方便扩展到三维情况.
关键词:
非线性Poisson方程
,
格子Poisson方法
,
格子Boltzmann方法
,
格子演化
杨元凯
,
何新婷
,
王沫然
工程热物理学报
对于长期处于海水环境的钢筋混凝土结构,海水中的氯离子会扩散侵入混凝土引起钢筋腐蚀,使钢筋混凝土结构的使用寿命缩短.本文提出了基于自生长的水化模型重构混凝土的微结构,采用格子-Boltzmann方法模拟氯离子在混凝土微结构中的扩散行为.模拟结果表明:若混凝土的水灰比降低、水化程度增加,氯离子在混凝土内的等效扩散系数下降.当双电层的尺度与孔隙尺度相当时,电动效应不可忽略,由于混凝土孔隙壁面带负电,会阻碍氯离子进入孔隙内部.本研究有助于对海洋中混凝土结构的保护,提高耐久性.
关键词:
离子扩散
,
混凝土微结构
,
格子-Boltzmann
,
电动效应
杨建明
,
吴会军
,
王沫然
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.011.022
SiO2气凝胶复合材料具有纳米尺度结构和极低热导率，作为隔热保温材料在航天航空、建筑和其他工业领域具有重要的科学和应用价值。根据纤维在气凝胶基体中的不同分布方式，概述了预测 SiO2气凝胶复合材料的气固耦合热导率的研究进展；基于纤维和气凝胶的消光系数的不同计算方法，概述了预测 SiO2气凝胶复合材料的辐射热导率的研究进展。并提出了纤维增强气凝胶复合材料体系存在的跨尺度、多物相、分级及相互耦合等仍需进一步解决的难题，结合最新发展的格子 Boltzmann 方法(LBM)，指出了预测 SiO2气凝胶复合材料等效热导率的可能发展方向。
关键词:
气凝胶
,
纤维
,
复合材料
,
热导率
,
预测
