液氫中固空枝晶生長凝固定量相場法研究

編號：NMJS08804

篇名：液氫中固空枝晶生長凝固定量相場法研究

作者：李超龍 文鍵 王磊 厲彥忠 雷剛 屠基元

關(guān)鍵詞： 固空枝晶 定量相場法 氧溶質(zhì)分布 形態(tài)演化

機構(gòu)： 西安交通大學能源與動力工程學院 航天低溫推進劑技術(shù)國家重點實驗室 皇家墨爾本理工大學工學院 清華大學核能與新能源技術(shù)研究院

摘要： 為探究固空形成過程中枝晶微結(jié)構(gòu)演化和氧溶質(zhì)非均勻分布規(guī)律,建立了描述固空枝晶生長凝固過程中枝晶形態(tài)演化和氧溶質(zhì)分布的定量相場模型(QPFM),應(yīng)用該模型對連續(xù)冷卻條件下的固空單枝晶和多枝晶生長行為特性進行了研究,選擇了兩條特殊位置曲線定量表述氧溶質(zhì)分布規(guī)律。結(jié)果表明:枝晶形態(tài)隨初始過冷度增大而變得復雜,二次枝晶臂更為發(fā)達;氧溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)枝晶內(nèi)部貧氧外部富氧的分布特征,沿一次枝晶臂和二次枝晶臂的軸線形成了氧溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較低的脊柱;多枝晶的相互作用破環(huán)了枝晶的對稱形態(tài);連續(xù)冷卻條件下,固空枝晶二次枝晶臂隨時間增長逐漸粗化、融合,固相率和最大氧溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別持續(xù)增長到最大值0.9111和0.8406;枝晶之間的間隙阻礙了氧溶質(zhì)的擴散,使得氧溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)由單枝晶時的0.402升至多枝晶時的0.668。研究可為液氫系統(tǒng)的安全使用提供理論指導。