CCD光谱层析技术重建氩等离子束射流三维温度场

根据谱线相对强度法,提出了利用正交面阵CCD光谱层析技术,实时重建氩等离子束射流三维温度场的方法.通过CCD获得的待测场图像与没有射流射出时在待测场处放置的坐标纸图像进行比对,测最了实际待测场的大小;利用步进电机带动光纤探针对待测场进行扫描,通过光谱仪获得了待测场的光强分布.根据谱线相对强度法中谱线选取的原则,选择了696.5和763.5 nm两条谱线作为研究对象.为防止CCD接收光强过饱和及待测场边缘光谱信息的损失,根据待测场的大小和光强分布设计了梯度衰减片,再通过窄带滤波片获得了待测场的光谱信息.结果表明与光纤光谱扫描法获得的结果吻合较好,不确定度为3.3%.系统满足了实时重建三维温度场的要求,为等离子束射流后续的密度场、压力场和速度场的实时诊断提供了坚实基础.     

层流等离子体射流温度与速度测量

本文分别应用光谱诊断、水冷皮托管及小尺寸杆状热流探针,对自由射入空气中的纯氩层流等离子体射流中心最高温度、滞止压力以及最大热流密度进行了测量,由测量结果导出了层流射流的中心最大速度,得到了射流气体温度和速度的轴向分布及其随工作电流和气流量变化的一些规律,探讨了气体的温度和速度对其向探针表面换热系数的影响。     

基于MHD的磁射流抛光中流场的分析与模拟

从理论上分析了磁射流抛光中的磁场与流场的相互作用,构建了磁射流抛光的冲击射流模型,基于磁流体动力学对磁射流抛光过程的紊动冲击射流进行数值模拟,得到了磁射流抛光过程的连续流场和射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度分布。通过比较射流抛光和磁射流抛光的数值计算结果,分析了磁流变效应对射流稳定性的影响,从射流的流场、速度、紊动强度等方面分析射流在磁场中稳定的原因。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

HIRFL-CSR电子冷却系统空心电子束性能研究

 电子冷却系统中冷却力的大小与电子束的温度密切相关。由于强流电子束自身产生的空间电荷场,使得电子束的速度离散,增加了电子束温度,降低了冷却效率。为了减小空间电荷效应,HIRFL CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。通过分析实心电子束和空心电子束的空间电荷场,研究了其对电子束速度和温度的影响。     

Pu2分子激发态的外场效应

在相对论有效原子实势近似下,用B3LYP密度泛函方法计算优化得到了分子轴方向不同电偶极场（-0.002～0.002a.u.）作用下,Pu2的基态 ( )几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下,用同样的基组采用含时密度泛函(TDDFT)方法(TD-B3LYP),研究了同样外电场条件下,对Pu2的激发能和振子强度的影响.计算结果表明,在外场作用下,对Pu2的前5个激发态电子跃迁光谱属于可见-红外光谱,波长为642.49～943.77nm,这是钚原子的奇异特征;激发能与外电场的关系近似满足Grozema等人提出的关系;电场对振子强度的影响比较复杂,但仍满足跃迁选择定则.     

Pu2分子激发态的外场效应

在相对论有效原子实势近似下,用B3LYP密度泛函方法计算优化得到了分子轴方向不同电偶极场（-0.002～0.002a.u.）作用下,Pu2的基态 ( )几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下,用同样的基组采用含时密度泛函(TDDFT)方法(TD-B3LYP),研究了同样外电场条件下,对Pu2的激发能和振子强度的影响.计算结果表明,在外场作用下,对Pu2的前5个激发态电子跃迁光谱属于可见-红外光谱,波长为642.49～943.77nm,这是钚原子的奇异特征;激发能与外电场的关系近似满足Grozema等人提出的关系;电场对振子强度的影响比较复杂,但仍满足跃迁选择定则.     

等离子弧焊接多物理场耦合输运模型

本文基于电场、磁场、温度场和流场的多物理场耦合,建立了简单实用的电弧与工件一体化模型,既准确表征等离子弧焊接过程中的多物理场输运作用,又无需使用流体体积函数(VOF)计算气液两相界面,大大减少计算时间和成本。模型计算出电弧压力分布,将其简化为压力源项作用于工件表面,同时该界面上电弧与工件耦合传热,实现了电弧与工件的热-力传递。获得了焊接过程电弧和工件的温度、速度、电流密度和电磁力的分布规律,揭示了焊接熔池的形成和演变机制,并开展实验验证了模型的准确性。最后分析了不同工艺参数对电弧热流密度和压力的影响规律,为焊接质量优化提供理论指导。     

铁磁/反铁磁双层膜系统中的磁畴动力学行为

比较了铁磁单层膜与铁磁/反铁磁双层膜结构中的磁畴演化行为, 发现由于反铁磁层膜对铁磁层膜的耦合作用使得系统的磁畴壁厚度、 磁畴壁等效质量、磁畴壁移动速度等发生了改变, 系统的矫顽场增强, 并出现了交换偏置场. 文章具体研究了反铁磁层耦合作用下其磁畴壁厚度、 等效质量以及磁畴壁移动速度等与反铁磁层的净磁化、 磁各向异性、界面耦合强度以及温度等的关系; 并研究了其对铁磁/反铁磁双层膜中的交换偏置场、矫顽场的影响. 进而 从磁畴结构的形成及其演化上揭示了铁磁/反铁磁双 层膜中出现交换偏置以及矫顽场增加的物理机制.     

大速差射流预燃室煤粉燃烧的颗粒轨道法数值模拟

本文用颗粒轨道模型对流场复杂的二维大速差射流燃烧室内煤粉燃烧进行了数值模拟,给出了包括热态气相流场、温度场和浓度场等在内的各种气相场分布,同时也给出颗粒轨道及其速度、温度、质量等的变化。模拟结果再次揭示了该燃烧室内流动和燃烧的主要物理特征,并着重指出煤粉颗粒在燃烧室内的行为对火焰稳定的重要影响。     

A study of the effect of self-generated pressure gradient sources on the resistive filamentation instability

In the field of fast ignition scheme, self-generated magnetic fields via beam resistive filamentation have a significant role in the angular divergence of the relativistic electron beam, which can be affected by the intensity of other self-generated magnetic fields. In this context, the effects of pressure gradient sources arising from temperature and density gradient of the pellet along the beam flow direction are investigated. The results showed that the resistive filamentation instability can be strongly amplified compared to the fully homogeneous plasma. In this respect, for the distance away from the critical surface, the instability is protected for a longer wave number. Also, the beam and plasma properties such as the beam relativistic factor, the beam number density, and the degree of the plasma temperature anisotropy might be effective.     

气相多组分反应流场的一种新算法

本文提出气相多组分方程组采用时间推进法,把混合气连续方程同状态方程相联系,把密度的调整量转化为压力的调整量,计算绝对压力场,对大温差下的有化学反应的多组分炉内流场进行计算,获得成功．     

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。     

离心力场作用下三维流动和传热的场协同理论探讨

通过对能量方程进行体积分得到了三维流场中场协同理论的表达式。该式不仅含速度矢量与温度梯度矢量的点积项,还含有速度矢量与压力梯度矢量的点积项。在此基础上讨论了速度场、压力场、温度场之间的协同关系,探讨了通过政变边界条件调节诸场形态,实现传热强化的方法。并通过三个盘腔算例,对此方法进行了验证。     

DMFC阳极流动阻力特性实验研究

本文借助可视化手段,针对平行流场和蛇形流场,实验研究不同放电电流密度、甲醇浓度、进料温度和入口流量对液相进料直接甲醇燃料电池阳极流场流动阻力特性的影响.结果表明:放电电流密度增加,流场压降随之增加,小电流放电,蛇型流场较平行流场压降增加慢,当超过某一值时,蛇型流场的压降增加较平行流场快;随甲醇浓度的提高,进出口压降均略有减小,且两种流场压降变化趋势一致;随进料温度升高,平行流场压降逐渐增大,蛇彤流场压降变化较小;随着甲醇溶液流量增大,平行流场和蛇行流场压降均逐渐增人,平行流场增加缓慢,蛇形流场压降增加速度远大于平行流场.     

三分螺旋折流板换热器壳侧流场温度场模拟

建立了三分螺旋折流板换热器壳侧流动与传热的数学模型,对其流场、温度场和压力场的数值模拟结果在多个纵剖面和横切片上进行了展示。可见在螺旋通道的轴心和靠近壳体的折流板外缘区域局部速度较高,在折流板背流面呈现出有利于强化掺混作用的回流区,流道内几乎没有流动死区;壳侧流体温度为稳步均匀下降趋势,并呈现从圆周的外缘向轴心方向逐渐递减;而压力场则呈现明显的周期性和阶梯性。     

Numerical simulation and experimental validation of multiphysics field coupling mechanisms for a high power ICP wind tunnel

We take the established inductively coupled plasma(ICP) wind tunnel as a research object to investigate the thermal protection system of re-entry vehicles. A 1.2-MW high power ICP wind tunnel is studied through numerical simulation and experimental validation. The distribution characteristics and interaction mechanism of the flow field and electromagnetic field of the ICP wind tunnel are investigated using the multi-field coupling method of flow, electromagnetic, chemical, and thermodynamic field. The accuracy of the numerical simulation is validated by comparing the experimental results with the simulation results. Thereafter, the wind tunnel pressure, air velocity, electron density, Joule heating rate, Lorentz force, and electric field intensity obtained using the simulation are analyzed and discussed. The results indicate that for the 1.2-MW ICP wind tunnel, the maximum values of temperature, pressure, electron number density, and other parameters are observed during coil heating. The influence of the radial Lorentz force on the momentum transfer is stronger than that of the axial Lorentz force. The electron number density at the central axis and the amplitude and position of the Joule heating rate are affected by the radial Lorentz force. Moreover, the plasma in the wind tunnel is constantly in the subsonic flow state, and a strong eddy flow is easily generated at the inlet of the wind tunnel.     

滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直 关键词： 滑动弧等离子体 温度场 电场强度 导电半径     

Numerical analysis of plasma arc physical characteristics under additional constraint of keyhole

The physical characteristics of a plasma arc affect the stability of the keyhole and weld pool directly during keyhole plasma arc welding(KPAW). There will be significant change for these characteristics because of the interaction between the keyhole weld pool and plasma arc after penetration. Therefore, in order to obtain the temperature field, flow field, and arc pressure of a plasma arc under the reaction of the keyhole, the physical model of a plasma arc with a pre-set keyhole was established. In addition, the tungsten and base metal were established into the calculated domain, which can reflect the effect of plasma arc to weld pool further. Based on magneto hydrodynamics and Maxwell equations, a two-dimensional steady state mathematical model was established. Considering the heat production of anode and cathode, the distribution of temperature field, flow field, welding current density, and plasma arc pressure were solved out by the finite difference method. From the calculated results, it is found that the plasma arc was compressed a second time by the keyhole. This additional constraint results in an obvious rise of the plasma arc pressure and flow velocity at the minimum diameter place of the keyhole, while the temperature field is impacted slightly. Finally, the observational and metallographic experiments are conducted, and the shapes of plasma arc and fusion line agree with the simulated results generally.     

浅海矢量声场干涉结构形成机理及试验研究

浅海低频声场的微观结构特征在于具有可用波导不变量表征的 稳定空间-频率干涉结构.声场兼具标量场和矢量场, 波导条件下二者联合决定声场的全部特性. 本文研究浅海声场空频干涉结构的矢量场特征. 理论分析了声压谱、动能密度谱、声强流谱等矢量场干涉结构的形成机理, 探讨了矢量场干涉结构的波导不变量表征, 数值仿真研究了Pekeris波导中能量和能流密度的干涉特性, 进行了宽带声源辐射矢量声场干涉特性及表征的海上试验.实测结果与理论、仿真分析有较好的一致性. 研究结果表明: 中近程和中远程声场均能模态相干, 有稳定的空频干涉结构, 并且矢量声场空频干涉结构存在多种形式, 除各种能量和能流密度谱图外, 相干系数谱也呈现干涉特征, 这些形式的空频干涉结构均可用波导不变量理论有效表征. 关键词： 矢量声场 干涉结构 波导不变量 浅海低频声场