钛酸钙/镁铝尖晶石热导率非平衡分子动力学计算研究
发布时间：2022-01-13 12:21
钛酸钙（CaTiO3）与镁铝尖晶石（MgAl2O4）广泛应用于冶金工业,是连铸保护渣和高炉渣的常见成分。二者均具有高熔点、低热导率的特点,因而主导着连铸坯与结晶器间的传热过程,影响连铸坯质量,还会影响高炉渣余热的回收和利用。研究探索高温下钛酸钙与镁铝尖晶石的导热性能及其影响因素,对于连铸坯质量控制与高炉渣余热回收具有重要意义。本文基于非平衡分子动力学方法,运用Lammps软件对钛酸钙与镁铝尖晶石的热导率及其影响因素进行研究,为实验难以测量的高温热导率的计算预测提供理论基础和模型依据。针对研究对象钛酸钙与镁铝尖晶石建立热导率计算模型,确定相应计算条件下的结构模型,筛选合适的势函数与势参数。同时调整和优化Lammps计算参数,确保计算结果的准确合理。系统研究了尺寸效应、温度、空位、反位缺陷、晶界对钛酸钙与镁铝尖晶石热导率的影响,与实验数据进行对比,验证模拟的准确性与正确性,在此基础上进一步探讨导热性能的变化规律,并对高温下的导热性能进行预测和分析。研究结论如下:（1）尺寸效应对钛酸钙与镁铝尖晶石的热导率模拟结果均有影响,热导...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 钛酸钙/镁铝尖晶石在炼钢中的应用及功能
1.2 钛酸钙/镁铝尖晶石传热的研究现状
1.2.1 钛酸钙
1.2.2 镁铝尖晶石
1.3 热传导基本原理
1.3.1 分子传热
1.3.2 电子传热
1.3.3 声子传热
1.3.4 光子传热
1.4 微纳尺度热传导研究方法
1.4.1 蒙特卡罗
1.4.2 玻尔兹曼传输方程
1.4.3 分子动力学
1.5 热导率
1.6 本论文研究意义及内容
2 基于非平衡分子动力学的热导率计算方法
2.1 分子动力学模拟
2.1.1 基本思想与流程
2.1.2 牛顿方程积分算法
2.1.3 系综
2.1.4 势函数
2.2 平衡分子动力学热导率计算方法(EMD)
2.3 非平衡分子动力学热导率计算方法(NEMD)
2.3.1 各向同性NEMD方法
2.3.2 各向异性NEMD方法
2.4 模拟软件
3 基于非平衡分子动力学的钛酸钙热导率计算
3.1 分子动力学模拟
3.1.1 钛酸钙结构模型
3.1.2 钛酸钙计算模型
3.1.3 势函数与势参数选择
3.1.4 模拟计算过程及结果验证
3.2 尺寸效应对钛酸钙热导率影响
3.3 温度对钛酸钙热导率的影响
3.4 空位对钛酸钙热导率的影响
3.5 晶界对钛酸钙热导率的影响
3.6 温度对含空位、晶界的钛酸钙热导率的影响
3.7 本章小结
4 基于非平衡分子动力学的镁铝尖晶石热导率计算
4.1 分子动力学模拟
4.1.1 镁铝尖晶石结构模型
4.1.2 计算模型
4.1.3 势函数与势参数选择
4.1.4 模拟计算过程及结果验证
4.2 尺寸效应对镁铝尖晶石热导率影响
4.3 温度对镁铝尖晶石热导率影响
4.4 反位缺陷对镁铝尖晶石热导率影响
4.5 晶界对镁铝尖晶石热导率影响
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同类型含钛高炉渣主要冶金性能及物相[J]. 冯聪,储满生,唐珏,汤雅婷,柳政根. 中南大学学报(自然科学版). 2016(08)
[2]MgO对中钛型高炉渣矿相结构及冶金性能的影响[J]. 邓美乐,韩秀丽,刘磊,张玓,李运刚. 钢铁. 2016(04)
[3]Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究[J]. 邵栋元,惠群,李孝,陈晶晶,李春梅,程南璞. 物理学报. 2015(20)
[4]空位缺陷对单晶硅薄膜热导率影响的分子动力学模拟研究[J]. 张兴丽,孙兆伟. 材料导报. 2011(12)
[5]粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述[J]. 邓力,李刚. 计算物理. 2010(06)
[6]我国高炉渣余热回收技术进展[J]. 华建社,樊建利. 钢铁研究. 2008(04)
[7]连铸结晶器保护渣结晶性能的研究[J]. 孙丽枫,宋智芳,刘承军,姜茂发. 特殊钢. 2007(02)
[8]经典分子动力学模拟的主要技术[J]. 樊康旗,贾建援. 微纳电子技术. 2005(03)
[9]导热系数的分子动力学模拟研究及相关问题的探讨[J]. 冯晓利,李志信,过增元. 工程热物理学报. 2001(02)
博士论文
[1]烧绿石型氧化物的结构参数及性能参数的分子动力学模拟研究[D]. 董丽媛.兰州大学 2017
[2]连铸结晶器保护渣相关基础理论的研究及其应用实践[D]. 谢兵.重庆大学 2004
硕士论文
[1]填充铌酸锶钡陶瓷的热电性质研究[D]. 张亚翠.山东大学 2017
[2]离子辐照对石墨烯热导率的影响[D]. 罗艳萍.湘潭大学 2016
[3]连铸结晶器保护渣流动/传热行为数值模拟[D]. 王姗娇.大连理工大学 2016
[4]Cu及γ-TiAl合金拉伸变形的MD研究[D]. 刘明贵.湘潭大学 2015
[5]二硫化钼薄膜导热系数的分子动力学模拟[D]. 刘彪.东南大学 2015
[6]纳尺度分形结构中传热特性的分子动力学模拟研究[D]. 程启坤.东南大学 2015
[7]氮化硼热导率的分子动力学模拟[D]. 林森淼.东南大学 2015
[8]高速连铸连轧AA5052合金板溶体夹杂的研究[D]. 王鹏.郑州大学 2014
本文编号：3586415
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 钛酸钙/镁铝尖晶石在炼钢中的应用及功能
1.2 钛酸钙/镁铝尖晶石传热的研究现状
1.2.1 钛酸钙
1.2.2 镁铝尖晶石
1.3 热传导基本原理
1.3.1 分子传热
1.3.2 电子传热
1.3.3 声子传热
1.3.4 光子传热
1.4 微纳尺度热传导研究方法
1.4.1 蒙特卡罗
1.4.2 玻尔兹曼传输方程
1.4.3 分子动力学
1.5 热导率
1.6 本论文研究意义及内容
2 基于非平衡分子动力学的热导率计算方法
2.1 分子动力学模拟
2.1.1 基本思想与流程
2.1.2 牛顿方程积分算法
2.1.3 系综
2.1.4 势函数
2.2 平衡分子动力学热导率计算方法(EMD)
2.3 非平衡分子动力学热导率计算方法(NEMD)
2.3.1 各向同性NEMD方法
2.3.2 各向异性NEMD方法
2.4 模拟软件
3 基于非平衡分子动力学的钛酸钙热导率计算
3.1 分子动力学模拟
3.1.1 钛酸钙结构模型
3.1.2 钛酸钙计算模型
3.1.3 势函数与势参数选择
3.1.4 模拟计算过程及结果验证
3.2 尺寸效应对钛酸钙热导率影响
3.3 温度对钛酸钙热导率的影响
3.4 空位对钛酸钙热导率的影响
3.5 晶界对钛酸钙热导率的影响
3.6 温度对含空位、晶界的钛酸钙热导率的影响
3.7 本章小结
4 基于非平衡分子动力学的镁铝尖晶石热导率计算
4.1 分子动力学模拟
4.1.1 镁铝尖晶石结构模型
4.1.2 计算模型
4.1.3 势函数与势参数选择
4.1.4 模拟计算过程及结果验证
4.2 尺寸效应对镁铝尖晶石热导率影响
4.3 温度对镁铝尖晶石热导率影响
4.4 反位缺陷对镁铝尖晶石热导率影响
4.5 晶界对镁铝尖晶石热导率影响
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同类型含钛高炉渣主要冶金性能及物相[J]. 冯聪,储满生,唐珏,汤雅婷,柳政根. 中南大学学报(自然科学版). 2016(08)
[2]MgO对中钛型高炉渣矿相结构及冶金性能的影响[J]. 邓美乐,韩秀丽,刘磊,张玓,李运刚. 钢铁. 2016(04)
[3]Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究[J]. 邵栋元,惠群,李孝,陈晶晶,李春梅,程南璞. 物理学报. 2015(20)
[4]空位缺陷对单晶硅薄膜热导率影响的分子动力学模拟研究[J]. 张兴丽,孙兆伟. 材料导报. 2011(12)
[5]粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述[J]. 邓力,李刚. 计算物理. 2010(06)
[6]我国高炉渣余热回收技术进展[J]. 华建社,樊建利. 钢铁研究. 2008(04)
[7]连铸结晶器保护渣结晶性能的研究[J]. 孙丽枫,宋智芳,刘承军,姜茂发. 特殊钢. 2007(02)
[8]经典分子动力学模拟的主要技术[J]. 樊康旗,贾建援. 微纳电子技术. 2005(03)
[9]导热系数的分子动力学模拟研究及相关问题的探讨[J]. 冯晓利,李志信,过增元. 工程热物理学报. 2001(02)
博士论文
[1]烧绿石型氧化物的结构参数及性能参数的分子动力学模拟研究[D]. 董丽媛.兰州大学 2017
[2]连铸结晶器保护渣相关基础理论的研究及其应用实践[D]. 谢兵.重庆大学 2004
硕士论文
[1]填充铌酸锶钡陶瓷的热电性质研究[D]. 张亚翠.山东大学 2017
[2]离子辐照对石墨烯热导率的影响[D]. 罗艳萍.湘潭大学 2016
[3]连铸结晶器保护渣流动/传热行为数值模拟[D]. 王姗娇.大连理工大学 2016
[4]Cu及γ-TiAl合金拉伸变形的MD研究[D]. 刘明贵.湘潭大学 2015
[5]二硫化钼薄膜导热系数的分子动力学模拟[D]. 刘彪.东南大学 2015
[6]纳尺度分形结构中传热特性的分子动力学模拟研究[D]. 程启坤.东南大学 2015
[7]氮化硼热导率的分子动力学模拟[D]. 林森淼.东南大学 2015
[8]高速连铸连轧AA5052合金板溶体夹杂的研究[D]. 王鹏.郑州大学 2014
本文编号：3586415
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