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相场法模拟冰晶生长的参数优化

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【作者】 陈梅英欧忠辉卓艳云陈锦权林河通冯力

【Author】 Chen Meiying;Ou Zhonghui;Zhuo Yanyun;Chen Jinquan;Lin Hetong;Feng Li;Management College and Tourism College,Fujian Agriculture and Forestry University;College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University;School of Mathematics and Computer Science,Fujian Normal University;College of Materials Science and Engineering,Lanzhou University of Technology;

【机构】 福建农林大学管理学院旅游学院福建农林大学食品科学学院福建师范大学数学与计算机科学学院兰州理工大学材料科学与工程学院

【摘要】 水溶液冻结过程生成的冰晶是低温保存中造成细胞损伤的主要原因.研究如何降低冰晶形成和生长过程对细胞伤害的方法,是低温生物研究的重要课题.本文采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,研究了界面厚度尺度、各向异性强度和过冷度对结晶过程冰晶生长的影响.结果表明:界面厚度影响模拟结果,为了获得可靠的计算结果,界面厚度参数取值为3.00dx;各向异性系数大小对冰晶形貌有很大影响,取值越大,冰晶的二次分枝越发达,且尖端速度波动的幅值越大,各向异性系数取值范围0.010~0.025;过冷度明显影响冰晶的生长和形貌,过冷度大,冰晶生长速度加快,二次分枝发达,形貌变化较大,固相率也随之变大.参数优化结果为:界面厚度尺度等于3.00dx,各向异性系数等于0.023,过冷度等于20K的模拟结果与低温显微镜下观察到的冰晶生长形貌试验结果相吻合.

【关键词】 相场法冰晶生长界面厚度各向异性过冷度
【基金】 国家自然科学基金(31101327,31401597);高等学校博士学科点专项科研基金博导类资助课题(20123515110016);福建省科技厅K类基金(JK2011007)
  • 【DOI】10.13232/j.cnki.jnju.2014.06.016
  • 【分类号】O78
  • 【被引频次】1
  • 【下载频次】134
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