等离子体射流中陶瓷颗粒的运动与加热

以格子Boltzmann等离子体射流模型和颗粒运动随机算法为基础，采用气态非平衡热传导方程计算颗粒表面和内部温度变化，对等离子体射流中陶瓷颗粒的热运动进行了数值模拟．模拟结果表明，陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相当大的温差，此温差取决于所经过的等离子体温度，陶瓷颗粒表面温度可以高于也可以低于中心温度。离喷枪出口越近，沿射流横截面颗粒群平均速度和平均温度波动越大，波动较小的高速区滞后于波动较小的高温区，     

Ar-MIP在石英管内传热与流动特征研究

本文利用有限元方法建立了大气压下微波氩等离子体(Ar-MIP)三维模型,数值仿真了氩等离子体在不同时刻的温度、压强、速度等参数的空间分布情况,分析了这些参数的相互影响,探究微波等离子体流动瞬态特征.研究结果表明:等离子体气体温度随着时间增加而增加,其高温分布呈现空间不均匀,导致气压的局部变化,影响了流体的流速和流向,形成热流绕热现象,这是导致炬管内高温区域流体速度减缓的主要原因.     

煤在新型等离子体反应器内的气化

针对原先横置式反应器等离子体炬不能充分发挥作用的缺点，在新建立的一套竖置式反应器中进行了大同煤的气化实验，考察了竖置式反应器的工作状况，特别是取样温度和氧含量对产品气体组成的影响。结果显示，温度对等离子体煤气化有一定的影响，随温度的升高影响逐渐减小；氧气含量增加的方式不同，对等离子体煤气化的影响也不同。实验证明，1号测温点温度在1400～1570K，水蒸汽量约为10．0kg／h，供煤量约为6．66kg／h，工作气体为7．0m^2／h，氧体积分数为30％～35％时的气化效果最好。     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅱ）

基于对惯性约束聚变等离子体特征发射光谱及其辐射线形的规律研究,分析了中国工程物理研究院最近几年的惯性约束聚变内爆实验测量结果,初步得到了一些发次对应的等离子体温度和密度状态,并且能够简单地判断靶丸内的掺杂物质氩与内壁涂的硫是否发生了混合．此外,发现一些发次的光谱来源于金腔壁的高温高密度等离子体区域,分析后推测这可能是由于多路激光打在金腔壁后,光斑区之间喷射的等离子体互相挤压产生的,即类似“十字架”的结构．     

大气常压等离子体弧清洗反应动力学模型和参数的研究

针对大气常压等离子体弧清洗金属表面的工艺,从反应动力学角度提出了一种新的研究方法.通过分析金属表面大气常压等离子体弧清洗的基本原理和清洗界面随时间移动的显著特点,根据清洗界面上的能量平衡条件,建立清洗界面的运动控制方程.在此基础上,采用四阶RUNGE-KUTLA法求出不同热流密度下清除界面位移规律,间接求得不同时刻所对应的清除百分比,进而结合反应动力学理论建立相关反应动力学数学模型以及计算活化能和反应频率因子相应反应动力学参数.以清洗金属表面润滑油污为例,建立了反应动力学模型,并采用称重法对其进行实验验证.结果表明:该模型不同时刻关于油污去除百分比的预测值与实验测量值相吻合;此外,清洗率与清洗界面处的氛围温度密切相关,随氛围温度的升高而增加.过高的氛围温度容易对基体造成损伤,存在一个理想的氛围温度阈值,该值介于分解温度与基体损伤温度之间.     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅰ）

利用经过评估的原子结构和动力学参数,针对惯性约束聚变等离子体的局域和非局域热动平衡状态,计算了等离子体中的特征发射光谱,并分析其随等离子体温度密度变化的规律．研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感．这些性质可以用来诊断等离子体温度和密度状态．     

等离子体柱天线的辐射特性

叙述了等离子体柱的产生,并对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析。参考传统金属天线辐射场的求解方法,在简化的条件下求得了等离子体柱天线行波传输和驻波对称振子结构等离子体天线驻波传输的电场辐射方向图,结合方向图,分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律,证实了等离子体柱天线方向图的可控性,同时,也说明了利用等离子体柱天线进行信号传输有一定的应用价值。     

等离子体电子温度的光谱计算

文章介绍了在满足局部热力学平衡条件下测定等离子体电子温度的谱线绝对强度法、双谱线法、多谱线斜率法、双示宗元素等电子谱线法、Saha法等多种发射光谱法,并探讨了这些方法在等离子体电子温度诊断中的应用,旨在为实际电子温度的计算过程中选择合适的等离子体诊断方法提供参考.     

用于煤粉点火的电弧等离子体发生器性能研究

介绍了一种用于电站锅炉煤粉点火的等离子体发生器,实验研究了发生器电弧的电压特性,对等离子体发生器的工作气压范围进行了性能评估,并得出了气压与电弧电压的对应曲线,利用焓探针测量了发生器出口轴线方向的温度分布.实验结果表明:此等离子体点火器的工作稳定可靠,工作气压范围广,发生器出口50mm处轴线温度超过3300K,有效点火长度可以达到500mm,有利于点燃煤粉.     

金属蒸汽真空弧(MEVVA)源产生的金属镍(Ni)等离子体的发射光谱诊断

利用英国avantes公司生产的AvaSpec-2048FT-8-RM型光栅光谱仪对金属蒸汽真空弧(MEVVA)源产生的金属镍等离子体的发射光谱进行采集,并用"Plasus Specline"软件对采集到的数据进行分析,得到各条谱线所对应的元素及元素电荷态、跃迁能级及其能量等信息.同时采用多谱线斜率法对镍等离子的电子温度进行计算,并利用电子温度对等离子体的电子密度进行计算,从而实现MEVVA源产生的金属镍等离子体的发射光谱诊断.     

小型等离子体多相流模拟烧蚀系统的构建与运用

在高超声速飞行器的研制过程中,热防护技术是急需攻克的关键问题之一。在热防护材料研发的初期和中期,通过模拟烧蚀试验可大大加快材料配方筛选与工艺优化进度、降低成本。针对高超声速飞行器热防护材料的使用要求,提出了基于小型等离子体多相流的模拟烧蚀试验方法;基于自动化技术开发了参数精确控制的模拟烧蚀试验系统;该系统可产生高焓、高温和高热流密度的等离子射流,射流中可注入固相粒子,模拟高超声速飞行器飞行过程中的热力环境。在此基础上,运用测量表征与数值计算相结合的手段研究了系统流场特性,为试验参数的选取与优化提供了理论依据。最后,运用系统对某型三维四向C/C复合材料进行了耐烧蚀性能测试和分析。结果表明,该试验系统可为热防护材料的配方筛选、热结构部件的优化设计和性能评价提供实用可靠的途径。     

等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.     

Composition and Properties of Thermo-regulated Non-woven Fabrics

A series of non-woven fabrics were fabricated by blending S0- 80wt% of thennoregulated fibres containing n-elcosane, n-nonadecane or n-octadecane with 0 - 40wt% PET fibres and 0- 20wt% PP fibres. The phase change properties, thermal conductivity, thermal resistance, heat flux and inner temperature difference between wool felt and the thermoregulated non-woven fabrics of the non-woven fabrics were measured respectively. The thereto-regulated non-woven fabrics absorb heat at 25- 34℃ and release heat at 10- 25℃. The measured highest enthalpy of the non-woven is approximately 18J/g. During a heating process, heat flux of the non-woven fabrics is composed of three parts, heat absorbed by the cold textile touching the hot plate, heat transmitted from the hot plate to the cold plate, and the heat absorbed by PCM from the hot plate during the phase change process. The measured maximum inner temperature difference in a temperature rising process between the wool felt and the thermo-regulated non-woven fabric is approximately 8℃. The inner temperature difference （Tr-Ts〉0） lasts 16 - 45 min By contrary, the measured maximum inner temperature difference in the temperature decreasing process is approximately - 6. 5℃. The inner temperature difference （Tr-Ts〈0） lasts 16 - 50 min, The temperature regulation properties are obviously observed.     

丙烷/空气低温等离子体点火起爆数值研究

为研究脉冲爆震发动机低温等离子体点火起爆机理, 充分考虑丙烷/空气详细化学反应动力学机理, 将低温等离子体点火器放电区等效为高温高压热核, 利用FLUENT 软件内置的层流有限速率化学反应模型, 对脉冲爆震发动机低温等离子体点火后由缓燃转爆震(DDT)的过程进行模拟, 并对该过程进行详细分析。实验结果表明, 将低温等离子体点火器简化成一定压力和温度的火核进行数值模拟是可行的, 压力接近常压, 壁面温度为常温更合理。数值模拟的爆震波发展时间小于实验结果, 考虑到实验时有点火延迟和测量误差, 可以认为实验值符合数值模拟时火核为常压、壁温为常温的计算结果。     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

耦合求解焓及移动边界位置的多维相变传热问题的数值焓法

提出了耦合求解焓及移动边界位置的多维相变传热问题的数值焓法。方法的基本特征是通过变换标准的焓公式,分离显热与潜热项,并在引入轴间相变率概念的基础上,将其耦合到潜热源项中,同时对流入/流出相变控制容积的热流密度加以修正,以达到既能提高数值解的精度,又可以达到准确跟踪移动边界的目的。     

飞行器流场的数值模拟

以“联盟”返回舱和F16战斗机为算例,利用COS MOS Flo Works在单机上完成了对简单和复杂外形的高速飞行器三维流场,表面温度以及热流分布的数值模拟.得到了返回舱再入流谱,F16“乘波”飞行时表面热流、温度以及压力分布有相似的规律,热流率高的部位对应表面温度和压力较高的部位.计算结果可为飞行器一体化优化以及热防护设计提供参考依据.     

高温相变容器的传热分析

吸热 /蓄热器是空间太阳能热动力发电系统的一个关键部件 ,其中的高温蓄热容器的传热性能会直接影响到整个系统的性能。本文利用焓法建立了吸热 /蓄热器中高温相变容器的传热数学模型 ,分析了计算结果     

氢等离子体特性及其对钨的辐照行为研究

本文依托四川大学直线等离子体装置(SCU-PSI)产生高通量氢等离子体,采用朗缪尔探针对氢等离子体特性进行诊断,研究了氢等离子体特性随放电电流、气体流量等输入条件的演变规律;并利用调控产生的氢等离子体对纯钨进行了相应的辐照研究. 实验结果显示, 在磁场0.1~0.2 T、气流量1 000~2 200 sccm和电流180~228 A范围内,氢等离子体通量密度、热负荷密度及电子密度、温度等参数与磁场和电流呈正相关关系,而与气体流量呈负相关关系. 在该范围内,最高等离子体密度达到2.6×1019 m-3,等离子体通量达到8.8×1022 m-2?s-1,热负荷达到6.5×104 W/m2. 利用调控产生的等离子体对纯钨样品进行初步辐照实验,结果显示随着入射等离子体特性的不同,样品表面出现不同程度的尺寸和密度不均匀颗粒状辐照损伤结构,并且颗粒尺寸随氢等离子体离子通量的增加而增大. 本文结果显示SCU-PSI可以产生理想的氢等离子体环境,因此可以作为未来聚变领域,研究氢等离子体和托卡马克装置面向等离子体材料钨以及相应结构材料相互作用的有效实验装置.     

基于反算热流的结晶器内流动--传热--凝固耦合模拟

基于Navier-Stokes动量方程和湍流低雷诺数k-ε方程,综合考虑能量守恒和钢液凝固与糊状区对流动过程的影响,建立了描述结晶器内钢液流动、传热及凝固过程的三维耦合数学模型。以实测温度和结晶器反问题模型计算出的热流为边界条件,模拟计算了结晶器内钢水的流动、传热和凝固行为。钢液流动决定结晶器内的温度和热流分布,铸坯凝固受钢液流动和结晶器热流双重因素的影响。建立的模型以及由此得到的铸坯凝固非均匀特征可为进一步考察浇铸过程中纵裂和其他表面缺陷提供借鉴和参考。