搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

纳秒尺度金属熔化相变数值模拟及实验验证

张世来 刘福生 彭小娟 张明建 李永宏 马小娟 薛学东

引用本文:
Citation:

纳秒尺度金属熔化相变数值模拟及实验验证

张世来, 刘福生, 彭小娟, 张明建, 李永宏, 马小娟, 薛学东

Transformation kinetics of metal and experimental measurement at nanosecond order

Zhang Shi-Lai, Liu Fu-Sheng, Peng Xiao-Juan, Zhang Ming-Jian, Li Yong-Hong, Ma Xiao-Juan, Xue Xue-Dong
PDF
导出引用
  • 本文基于非均匀成核相变动力学理论和热传导方程研究了在极快速升温(1012K/s)条件下金属达到过热状态后发生熔化相变时,通过金属/光学窗口界面温度的演化历史研究了金属内部温度的变化情况.分析结果表明,当金属内部无熔化发生时,界面温度将很快达到平衡,此变化满足理想接触界面模型;而当金属内部有熔化发生时,界面温度受熔化速率的影响不能立即达到平衡而是经历了一个下降的弛豫过程.计算结果与实验观测结果进行比较后发现两者符合得较好,由此可以获得金属在高压下的熔化速率,熔化温度等相关信息.本文的研
    This paper reports the temperature relaxation process at melting iron/sapphire interface under shock compression, and interpretes the phenomenon basing on transformation kinetics and heat conduction equation. Analysis shows that if iron keeps melting, the history of interface temperature is affected by the melting speed. The interface temperature undergoes a slow cooling process when the melting speed of iron is finite, which is different from the result of previous researches. Simulation signal can be made accord ant with the experimental signal by adjusting some parameters. It was found that the melting temperature and melting speed of iron at high pressure can be dctermined by researching the relaxation process. So, this paper shows a new theoretical method and its experimental verification.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号:10874141)资助的课题.
    [1]

    Yoo C S, Holmes N C, Ross M, Webb D J, Pike C 1993 Phys. Rev. Lett. 70 3931

    [2]

    Brown J M, McQueen R G 1986 J. Geophys Res. B 91 7485

    [3]

    Williams Q, Jeanloz R, Bass J D, Svenson B, Ahrens T J 1987 Science 236 181

    [4]

    Schmitt D R, Ahrens T J 1989 J. Geophys. Res. 94 5851

    [5]

    Chen K G, Deng X L, He H L, Jing F Q, Ma W, Zhu We J 2010 Acta Phys. Sin. 59 1225 (in Chinese)[陈开果、邓小良、贺红亮、经福谦、马 文 2010 59 1225]

    [6]

    Luo S N, Thomas J A 2003 Appl.Phys.Lett. 82 1836

    [7]

    Luo S N, Thomas J A, Tahir C, Alejandro S, William A 2003 Phys. Rev. B 68 134206

    [8]

    Tang W H, Zhang R Q, Jing F Q, Hu J B 1998 J.Appl.Phys. 83 2469

    [9]

    Jin F Q 1999 Guidance State Equation of Experiment(the second edition)(Beijing: Science Press) (in Chinese) [经福谦 1999 实验物态方程导引(第二版)(北京:科学出版社)]

    [10]

    Grover R, Urtiew P A 1974 J.Appl.Phys. 45 146

    [11]

    Tan H 2007 Introduction to Experimental Shock-Wave Physics(Beijing: National Defense Industry Press) 85—95(in Chinese) [谭 华 2007 实验冲击波物理导引(北京:国防工业出版社) 第85—95页]

    [12]

    He A M, Qin C S,Shao J L, Wang P 2009 Acta Phys. Sin. 58 5667(in Chinese)[何安民、秦承森、邵建立、王 裴 2009 58 5667]

    [13]

    Cahn R W 1986 Nature 323 668

    [14]

    Maddox J 1987 Nature 330 599

    [15]

    Zhang H J 1992 Heat conduction(Beijing: Higher Education Press) (in Chinese) [张洪济 1992 热传导(北京:高等教育出版社)]

    [16]

    Marsh S P (Ed.) 1980 Shock Hugoniot Data (Berkeley & Los Angles: California University Press)

    [17]

    McQueen R G, Marsh S P, Taylor J W, Fritz JN, Carter W J. in: Kinslow R,ed. 1970 High Velocity Impact Phenomena(New York: Academic) 294

    [18]

    Carter W J 1973 High Temperature-High Pressures 5 133

    [19]

    Kingery W D, Francl J, Coble R L, Vasilos T 1954 J. Amer. Cer. Scc. 37 107

    [20]

    Xu Z Y 1988 Principle Of Phase Transition (Beijing: Science Press) (in Chinese)[徐祖耀 1988 相变原理(北京:科学出版社)]

    [21]

    Qin C S,Shao J L,Wang P, Zhou H Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 5389(in Chinese)[秦承森、邵建立、王 裴、周洪强 2007 56 5389]

    [22]

    Aitta A 2006 Iron melting curve with a tricritical point, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment p12015

    [23]

    Oliver T, Paul D A, Natalya K, Thomas J A, Ma C, Stanislas S, Liu Z X, Sirine F, Nobumichi T 2009 PNAS 106 13691

  • [1]

    Yoo C S, Holmes N C, Ross M, Webb D J, Pike C 1993 Phys. Rev. Lett. 70 3931

    [2]

    Brown J M, McQueen R G 1986 J. Geophys Res. B 91 7485

    [3]

    Williams Q, Jeanloz R, Bass J D, Svenson B, Ahrens T J 1987 Science 236 181

    [4]

    Schmitt D R, Ahrens T J 1989 J. Geophys. Res. 94 5851

    [5]

    Chen K G, Deng X L, He H L, Jing F Q, Ma W, Zhu We J 2010 Acta Phys. Sin. 59 1225 (in Chinese)[陈开果、邓小良、贺红亮、经福谦、马 文 2010 59 1225]

    [6]

    Luo S N, Thomas J A 2003 Appl.Phys.Lett. 82 1836

    [7]

    Luo S N, Thomas J A, Tahir C, Alejandro S, William A 2003 Phys. Rev. B 68 134206

    [8]

    Tang W H, Zhang R Q, Jing F Q, Hu J B 1998 J.Appl.Phys. 83 2469

    [9]

    Jin F Q 1999 Guidance State Equation of Experiment(the second edition)(Beijing: Science Press) (in Chinese) [经福谦 1999 实验物态方程导引(第二版)(北京:科学出版社)]

    [10]

    Grover R, Urtiew P A 1974 J.Appl.Phys. 45 146

    [11]

    Tan H 2007 Introduction to Experimental Shock-Wave Physics(Beijing: National Defense Industry Press) 85—95(in Chinese) [谭 华 2007 实验冲击波物理导引(北京:国防工业出版社) 第85—95页]

    [12]

    He A M, Qin C S,Shao J L, Wang P 2009 Acta Phys. Sin. 58 5667(in Chinese)[何安民、秦承森、邵建立、王 裴 2009 58 5667]

    [13]

    Cahn R W 1986 Nature 323 668

    [14]

    Maddox J 1987 Nature 330 599

    [15]

    Zhang H J 1992 Heat conduction(Beijing: Higher Education Press) (in Chinese) [张洪济 1992 热传导(北京:高等教育出版社)]

    [16]

    Marsh S P (Ed.) 1980 Shock Hugoniot Data (Berkeley & Los Angles: California University Press)

    [17]

    McQueen R G, Marsh S P, Taylor J W, Fritz JN, Carter W J. in: Kinslow R,ed. 1970 High Velocity Impact Phenomena(New York: Academic) 294

    [18]

    Carter W J 1973 High Temperature-High Pressures 5 133

    [19]

    Kingery W D, Francl J, Coble R L, Vasilos T 1954 J. Amer. Cer. Scc. 37 107

    [20]

    Xu Z Y 1988 Principle Of Phase Transition (Beijing: Science Press) (in Chinese)[徐祖耀 1988 相变原理(北京:科学出版社)]

    [21]

    Qin C S,Shao J L,Wang P, Zhou H Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 5389(in Chinese)[秦承森、邵建立、王 裴、周洪强 2007 56 5389]

    [22]

    Aitta A 2006 Iron melting curve with a tricritical point, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment p12015

    [23]

    Oliver T, Paul D A, Natalya K, Thomas J A, Ma C, Stanislas S, Liu Z X, Sirine F, Nobumichi T 2009 PNAS 106 13691

  • [1] 王金玲, 张昆, 林机, 李慧军. 二维激子-极化子凝聚体中冲击波的产生与调控.  , 2024, 73(11): 119601. doi: 10.7498/aps.73.20240229
    [2] 李冀, 陈亮, 冯芒. 基于离子阱中离子晶体的热传导的研究进展.  , 2024, 73(3): 033701. doi: 10.7498/aps.73.20231719
    [3] 曹义刚, 付萌萌, 杨喜昶, 李登峰, 王晓霞. 热传导对横截面不同的直管道中Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响.  , 2022, 71(9): 094701. doi: 10.7498/aps.71.20211155
    [4] 苏瑞霞, 黄霞, 郑志刚. 耦合Frenkel-Kontorova双链的格波解及其色散关系.  , 2022, 71(15): 154401. doi: 10.7498/aps.71.20212362
    [5] 秦成龙, 罗祥燕, 谢泉, 吴乔丹. 碳纳米管和碳化硅纳米管热导率的分子动力学研究.  , 2022, 71(3): 030202. doi: 10.7498/aps.71.20210969
    [6] 王小峰, 陶钢, 徐宁, 王鹏, 李召, 闻鹏. 冲击波诱导水中纳米气泡塌陷的分子动力学分析.  , 2021, 70(13): 134702. doi: 10.7498/aps.70.20210058
    [7] 华颖鑫, 刘福生, 耿华运, 郝龙, 于继东, 谭叶, 李俊. 多次冲击加载-卸载路径下铁α-ε相变动力学特性研究.  , 2021, 70(16): 166201. doi: 10.7498/aps.70.20210089
    [8] 伍友成, 刘高旻, 戴文峰, 高志鹏, 贺红亮, 郝世荣, 邓建军. 冲击波作用下Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷去极化后电阻率动态特性.  , 2017, 66(4): 047201. doi: 10.7498/aps.66.047201
    [9] 陈福振, 强洪夫, 高巍然. 气粒两相流传热问题的光滑离散颗粒流体动力学方法数值模拟.  , 2014, 63(23): 230206. doi: 10.7498/aps.63.230206
    [10] 敖宏瑞, 陈漪, 董明, 姜洪源. 基于多物理场的TFC磁头热传导机理及其影响因素仿真研究.  , 2014, 63(3): 034401. doi: 10.7498/aps.63.034401
    [11] 马艳红, 仝小龙, 朱彬, 张大义, 洪杰. 金属橡胶热物理性能理论与试验研究.  , 2013, 62(4): 048101. doi: 10.7498/aps.62.048101
    [12] 潘昊, 胡晓棉, 吴子辉, 戴诚达, 吴强. 铈低压冲击相变数值模拟研究.  , 2012, 61(20): 206401. doi: 10.7498/aps.61.206401
    [13] 马文, 祝文军, 张亚林, 经福谦. 纳米多晶铁的冲击相变研究.  , 2011, 60(6): 066404. doi: 10.7498/aps.60.066404
    [14] 刘耀民, 刘中良, 黄玲艳. 分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟.  , 2010, 59(11): 7991-7997. doi: 10.7498/aps.59.7991
    [15] 冯宁博, 谷岩, 刘雨生, 聂恒昌, 陈学锋, 王根水, 贺红亮, 董显林. 冲击波加载下孔隙率对Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3 铁电陶瓷去极化性能的影响.  , 2010, 59(12): 8897-8902. doi: 10.7498/aps.59.8897
    [16] 蒋冬冬, 杜金梅, 谷 岩, 冯玉军. 冲击波加载下PZT 95/5铁电陶瓷的电阻率研究.  , 2008, 57(1): 566-570. doi: 10.7498/aps.57.566
    [17] 邵建立, 王 裴, 秦承森, 周洪强. 铁冲击相变的分子动力学研究.  , 2007, 56(9): 5389-5393. doi: 10.7498/aps.56.5389
    [18] 杜金梅, 张 毅, 张福平, 贺红亮, 王海晏. 冲击加载下PZT 95/5铁电陶瓷的脉冲大电流输出特性.  , 2006, 55(5): 2584-2589. doi: 10.7498/aps.55.2584
    [19] 崔新林, 祝文军, 邓小良, 李英骏, 贺红亮. 冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究.  , 2006, 55(10): 5545-5550. doi: 10.7498/aps.55.5545
    [20] 陈军, 经福谦, 张景琳, 陈栋泉. 冲击作用下金属表面微喷射的分子动力学模拟.  , 2002, 51(10): 2386-2392. doi: 10.7498/aps.51.2386
计量
  • 文章访问数:  7960
  • PDF下载量:  977
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-16
  • 修回日期:  2010-05-06
  • 刊出日期:  2011-01-15

/

返回文章
返回
Baidu
map