《梯度強磁場下的流體流動行為及其控制機制》是依託東北大學，由劉鐵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：梯度強磁場下的流體流動行為及其控制機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉鐵
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題通過實驗和理論分析研究梯度強磁場對不同導電性、不同磁性的流體流動的影響。旨在深入揭示磁化力單獨影響非導電流體的流動和其同Lorentz力共同影響導電流體流動的作用機制。給出判斷梯度磁場下不同流體流動狀態的臨界判據（哈德曼數（Ha）和雷諾數（Ra））。澄清磁場在影響導電流體的對流過程中Lorentz力和磁化力各自所起的作用和二者之間的關係。進行二元Mn-Sb等合金在不同磁場條件下（均恆和梯度磁場）的定向和緩冷凝固實驗，結合上述流體流動變化的結果建立起梯度強磁場影響流體流動同合金凝固組織演變之間的聯繫。提出利用梯度強磁場直接控制不同導電性和磁性流體的對流並間接控制合金凝固組織的技術原型。本研究將為利用梯度強磁場來直接控制流體的流動以及通過影響流動來間接控制工業生產中的諸多物理和化學過程提供理論和實踐依據，也將大大完善和豐富強磁場下的流體力學理論，因此具有重要的理論意義和套用前景。
結題摘要
有效控制流體中的流動對控制材料的凝固過程及同流動密切相關的其它物理、化學過程有著極其重要的意義。本項目提出通過實驗和理論分析研究合金凝固組織和不同導電性、不同磁性的流體流動在梯度強磁場作用下的演變規律；建立起梯度強磁場影響流體流動同合金凝固組織演變之間的聯繫；最終提出利用強磁場控制流體流動和合金凝固組織的技術原型。為此，選擇典型流體和晶體，進行了強磁場條件下的流體強制對流和晶體溶解實驗，藉助線上測溫技術和線上觀測技術（暗影法和紋影法）考察了流體的流動行為演變；選擇典型合金系，進行了強磁場條件下的半固態等溫處理、凝固和淬火實驗，藉助線上測溫技術和多種組織分析和性能檢測技術考察了強磁場對合金凝固組織和性能的影響。結果發現，梯度強磁場通過磁化力和洛倫茲力可以對流體產生微重力或超重力及在垂直於重力方向產生驅動的作用效果，得到了流動變化發生的臨界雷諾數值；梯度強磁場通過磁化力和洛倫茲力影響合金熔體的流動行為可以影響合金凝固過程中溶質和生成相的分布、合金形核、枝晶和共晶生長、晶體取向等行為，最終顯著影響合金的凝固組織和性能。本項目所取得的研究結果為利用梯度強磁場來直接控制流體的流動以及通過影響流動來間接控制凝固過程提供理論和實踐依據，也完善和豐富強磁場下的凝固理論和流體力學理論，因此具有重要的理論意義和套用前景。根據本項目研究結果，課題組在國內外重要期刊上共發表論文21篇（其中被SCI檢索18篇，EI檢索20篇，ISTP檢索1篇）；在國外舉行的國際會議上發表論文3篇（其中邀請報告2次）；授權國家發明專利1項；獲得遼寧省自然科學獎二等獎1項。課題的實施培養博士後2人（出站1人）、博士研究生2人（畢業1人）、碩士研究生5人（畢業3人）。在課題執行期間，日本國家材料研究所（NIMS）的Sakka和Hirota教授、日本日本大學的Ando教授應邀訪問課題組進行學術交流；課題負責人劉鐵兩次赴日本國家材料研究所（NIMS）做訪問學者。課題的實施，有效提高了青年教師的科研能力，課題負責人劉鐵2013年入選“遼寧省百千萬人才工程”千人層次；2013年獲批中央高校基本科研業務費種子基金項目1項，2013年獲批中國博士後科學基金特別資助1項，2012年獲批中國博士後科學基金面上資助1項。
