前极靴长度对电子回旋共振离子推进器影响的数值仿真

数值仿真研究电子回旋共振离子推力器放电室的放电过程可以为推力器的优化设计提供指导和帮助。基于COMSOL多物理场仿真软件建立了5 cm口径电子回旋共振(ECR)推力器放电室的二维轴对称模型。通过磁场实际测量值和仿真结果的对比分析,验证了模型的可靠性;并计算发现前极靴长度在7 mm和9 mm之间存在一个最佳特征值。当小于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率均随极靴长度的增大而增大;而当大于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率则随极靴长度的增大而减小。     

射频电感耦合闭式等离子体产生与光谱诊断的实验

设计了一种闭式等离子体发生装置,采用射频电感耦合方式,以氩气为工作气体,在封闭式腔体低气压环境下进行放电实验。利用发射光谱法,测量了密闭腔体侧面方向的Ar谱线数据,研究了等离子体电子激发温度和电子密度随空间位置的分布规律以及不同射频功率对电子激发温度和电子密度的影响。等离子体中电子激发温度的变化通过玻尔兹曼斜率法进行分析,电子密度的变化则通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化获得。实验结果表明,该发生装置能够产生均匀持续的等离子体层,等离子体中电子激发温度约为9 500K。等离子体电子密度和电子激发温度随着输入射频功率的增加而增大,但变化幅度在减弱;当足够的输入功率时,等离子体层参数随位置的变化幅度较小。     

6～50 MHz射频容性耦合Ar等离子体的放电特性

通过光谱实验测量和PIC/MCC模拟,研究了6～50 MHz射频驱动下容性耦合氩等离子体的放电特性.固定气压为40 m Torr,气体流量为30 m L·min-1.结果表明,当频率和气压一定时,随着功率的增大,电子密度升高,电子温度降低;在气压和功率不变的情况下,随着频率的增加,电子温度升高,电子密度降低.通过模拟与实验对比发现,模拟结果与实验结果变化趋势较一致.电子能量分布函数均为双麦克斯韦分布,高能电子布居数随功率增大而减小,低能电子布居数随功率增大而增大.当功率恒定为60 W时,高能电子布居数不断增加,而低能电子布居数随频率的增加而减少,这可以解释电子温度随频率的增加而增加的原因.电场强度的时空分布表明,鞘层厚度随功率和频率的增加而减小.     

13.56 MHz/94.92 MHz双频容性耦合氩等离子体特性研究

利用高频频率(HF)为94.92 MHz,低频频率(LF)为13.56 MHz获得了氩等离子体.采用发射光谱法(OES)监测并诊断了氩等离子体的演化过程.基于费米-狄拉克模型计算了电子温度,用连续谱绝对强度法计算了电子密度.结果表明,电子温度随着低频功率的增大而升高,随着高频功率的增大而降低;电子温度随气压的升高而降低;电子密度随高频功率和低频功率的增大而增大;电子密度随气压的增大呈现出先增大后减小的趋势并且在60mTorr附近出现峰值.     

60 mm口径霍尔推力器放电特性数值模拟与试验

为了明晰小功率霍尔推力器放电特性,为后续工程应用及优化提供帮助,本文基于兰州空间技术物理研究所研制的60 mm口径小功率霍尔推力器LHT-60,建立了二维轴对称模型,利用流体方法对推力器放电室内等离子体放电特性进行了数值模拟,获得了推力器启动过程中的等离子体分布变化,并模拟推力器额定工况稳态下的等离子体、电子温度以及空间电势等关键参数。额定工况下计算推力和阳极比冲分别为21.18 mN、1257 s。同时,为验证推力器宽功率范围工作能力,在阳极流率1.1 mg/s~1.7 mg/s,阳极电压280 V~350 V条件下开展了试验,并与数值模拟结果对比分析,误差在10%左右。     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

高频交流电晕等离子体降解农用地膜的特性研究

地膜的使用为农业发展带来了极大的便利,但大量的残膜同时也造成了极为严重的白色污染,而目前针对残膜的降解处理研究又极为缺乏。低温等离子体降解技术作为一种高效、绿色的污染物处理方法,可以通过在反应空间生成大量高能电子和活性物质对污染物进行降解。本文首先采用高频交流针板电晕放电结构,针对电极结构进行优化设计,提高反应空间内的电场强度的电子密度。然后通过电晕等离子体降解技术对地膜进行处理,最后对比了不同的放电功率、空气湿度、针膜间距、放电间距对地膜降解的影响效果。研究结果表明,针尖的形状和针针之间的距离会对电子密度和电场强度造成不同程度的影响,当针尖斜率为3.33,针针间距为12mm时,电子密度和电场强度最大,分别为1.55×1013m-3和1.2×106V/m;放电功率的增大会导致空间内能量密度的提高,从而提高空间内高能电子和活性物质的产生效率,提高地膜的降解效率,当输入功率为64W时降解效率达到0.96%,但能量效率会随着输入功率的升高先增大后减小,当输入功率为56W达到最佳能量效率为34.29(μg/w·h);空气湿度的增加不仅会导致放电形态发生变化出现稳定的微放电,也会提升活性物质的产生效率,当空气湿度达到70%RH时,地膜降解效率提升1.04倍;地膜与针尖的之间的距离也会导致稳定的微放电产生,将降解效率由0.43%提升至1.02%;此外,针板电极的间距也会对降解效率产生影响,当放电间距为15mm时可以达到最佳的等离子体的辐射范围和辐射强度,使降解效率和能量效率均达到最大,与仿真条件一致,分别为2.3%和68.18(μg/w·h)。     

放电室长径比与磁体间距对离子推力器原初电子约束性能的影响（英文）

电子约束效率为反映环尖型离子推力器放电性能的重要参数之一,一般采用原初电子的平均约束长度来表征。对于离子推力器,放电室长径比与磁体间距会影响磁场分布,进而影响电子约束效率。放电室长径比与磁体间距的最佳状况是原初电子在放电室中保持尽量长的时间。以二维轴对称的离子推力器放电室为几何模型,发展了计算原初电子运动情况的代码。通过求解Maxwell方程和电子运动方程得到磁场和电子的运动轨迹,从而得到原初电子的平均约束长度。对放电室长径比与磁体间距对原初电子约束性能的影响进行了参数化研究,总结了只考虑原初电子约束时放电室长径比与磁体间距的选取原则。     

放电室长径比与磁体间距对离子推力器原初电子约束性能的影响

电子约束效率为反映环尖型离子推力器放电性能的重要参数之一,一般采用原初电子的平均约束长度来表征。对于离子推力器,放电室长径比与磁体间距会影响磁场分布,进而影响电子约束效率。放电室长径比与磁体间距的最佳状况是原初电子在放电室中保持尽量长的时间。以二维轴对称的离子推力器放电室为几何模型,发展了计算原初电子运动情况的代码。通过求解Maxwell方程和电子运动方程得到磁场和电子的运动轨迹,从而得到原初电子的平均约束长度。对放电室长径比与磁体间距对原初电子约束性能的影响进行了参数化研究,总结了只考虑原初电子约束时放电室长径比与磁体间距的选取原则。     

微波谐振腔气体放电的功率吸收与电子密度

用H□10 3 微波谐振腔进行气体放电产生等离子体 .测量了功率吸收与气压的关系 ,并估算出了等离子体的电子密度 .     

直通式热轧辊流道改进

锂电池极片的辊轧是锂电池极片生产过程中不可缺少的一环,极片作为锂电池的核心部件之一,其质量会直接影响到锂电池的性能。对直通式热轧辊进行仿真模拟,分析轧辊的温度-形变特性;通过模拟,确定轧辊流道的改进方向,并对改进后轧辊进行不同配油方案下的温度-形变特性分析。结果表明:结构改进可以提高轧辊表面温度均匀性,增加轧辊表面有效长度。     

冷缩式电缆中间接头附件参数的有限元法优化

为了研究冷缩式电缆中间接头的电场分布并对其结构参数进行优化,首先,建立电缆中间接头的有限元仿真模型;然后,利用该模型对中间接头的结构参数配合进行分析;最后,根据分析结果制作一个10 kV冷缩式电缆中间接头,并对该样本开展局部放电和耐压试验.仿真与试验结果表明:通过合理优化应力锥和屏蔽管的结构参数,当应力锥的轴向长度、端部曲率半径及厚度分别为65,25和2.5 mm,屏蔽管长度和端口形状的分别为170 mm和90°,应力锥与屏蔽管之间的距离为60 mm,中间接头本体长度为420 mm时,样品的最大场强和最大切向场强小于30 kV·cm^-1(空气击穿场强)且其交界面上的电场分布较为均匀;其可通过局放与耐压试验,满足设计要求,为10 kV冷缩中间接头的合理设计提供理论依据.     

MAFIA程序在小型短四极磁铁设计中的应用

为设计用于加速器的小型短四极磁铁结构 ,运用MAFIA程序对小型短四极磁铁进行三维模拟计算 ,研究了当磁铁机械长度和内接圆半径可比拟时 ,端部漏磁对磁铁有效长度的影响 ,根据场计算修正了原设计的机械长度 ,满足了磁铁有效长度的要求。模拟还发现 :短极颈四极磁铁励磁线圈本身的磁场直接影响四极磁铁极端面附近的磁场分布。实际测量了四极磁铁沿长度方向的磁场分布 ,模拟和实测结果相当吻合。计算表明 :有效长度大于内接圆直径约 5倍时 ,计算机械长度的经验公式比较准确     

涡旋压缩机排气过程的三维数值模拟计算

根据涡旋压缩机实际排气过程的特点,通过对物理模型的合理简化,建立了描述排气过程的准静态三维湍流流动数值模拟计算模型,对排气一周内不同动盘转角时刻中心腔内的流动分布及通过排气孔的流动进行了详细的数值分析.数值计算结果表明,涡旋压缩机工作腔内存在大量环流,沿着轴向在靠近排气孔0～10mm(型线高度为52mm)的范围内轴向速度很大,比同一截面内径向速度大一个数量级.从无量纲压力损失系数分布图得出,排气流动阻力损失主要集中在排气孔开启阶段,排气孔的开启特性对流动损失影响最为明显.在开设排气孔时应着重考虑孔的开启特性,纠正了目前开设排气孔面积越大越好的观点,为排气孔口的合理开设提供了理论依据.     

导管长度和通径对粉尘爆炸泄放火焰的影响

为研究高开启压力条件下泄爆导管对粉尘爆炸泄放火焰传播的影响,采用FLACS软件模拟了20 L球形装置粉尘泄爆过程,研究了不同导管长度（0~10 m）和导管通径（50~130 mm）对粉尘爆炸泄放过程中火焰形态、温度、长度的影响规律。结果表明,增加泄爆导管长度可降低泄放火焰的温度;加装泄爆导管后,粉尘爆炸泄放火焰锋面形态由“半弧形”转变为“刀锋状”,且对最大泄放火焰长度影响显著;导管通径较小时,导管长度越长,泄放火焰长度越短;导管通径较大时,泄放火焰长度随导管长度的增加先增大后减小。     

基于相变材料的锂电池保温数值模拟

为保证锂电池在低温环境下的高效运行，利用ANSYS软件建立了锂电池相变材料三维热管理模型，用数值模拟的方法研究了基于相变材料的锂电池在低温环境下的保温性能以及静置后在放电过程中温度的变化。研究结果表明：在环境温度为-10℃、锂电池初始温度为25℃的情况下，包裹相变材料的锂电池温度维持在0℃以上的时间与没有任何保温处理的锂电池相比提高了130%，且保温时间随相变材料导热系数的降低而延长；在相同的包裹厚度（10 mm）下，包裹8 mm相变材料外加2 mm保温材料的锂电池的保温时间比只包裹10 mm相变材料的锂电池提高了20%。包裹相变材料的锂电池在-10℃的低温环境下放置一定的时长后仍能在适宜的工作温度下放电，但当放置时间过长导致锂电池的初始温度降至与环境温度一致后，包裹的相变材料反而会阻碍锂电池的启动。     

磁场调制型磁齿轮机构转矩特性有限元分析

磁场调制型磁齿轮机构是一种新型磁齿轮装置,在对其基本结构和工作原理进行分析的基础上,利用Ansoft Maxwell软件建立了该机构的有限元模型。通过数值计算,分析了气隙厚度、调磁环厚度、永磁体厚度、磁极对数、轴向长度和偏心距对外转子最大输出转矩和转矩密度的影响规律。结果表明:构件偏心对磁齿轮机构转矩特性及转矩密度影响很小,其它参数对磁齿轮机构的输出转矩及转矩密度均有较大影响。此研究可以为磁齿轮系统参数优化提供依据,同时也为该机构的动态仿真奠定基础。     

不确定线性系统区域极点配置静态输出反馈可靠控制

对含有状态不确定项的线性系统,在连续增益故障模型的基础上,提出带有执行器故障的圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制问题.首先给出了在不考虑故障时设计控制器使系统保持渐近稳定的充分条件;然后讨论了对于同一系统同一控制器在考虑执行器故障时系统出现不稳定;接下来,针对同一故障模型重新设计静态输出反馈控制器使系统在发生故障后仍保持渐近稳定.利用线性矩阵不等式(LMI),在考虑执行器故障模型的基础上,给出了圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制器存在的充分条件.仿真结果进一步说明当系统发生故障时,正常控制的闭环系统极点可能离开所给定的圆形区域,而可靠控制的闭环系统仍然会保持极点在给定的圆形区域内,从而看出对系统进行极点配置的静态输出反馈的可靠控制的必要性.     

某水利枢纽工程左岸单薄山梁及断层带稳定研究

利用数值模拟分析软件,研究了某水利枢纽工程左岸单薄山梁及断层带稳定性。结果表明:1)增设防渗措施,正常蓄水位情况时库区渗流量为2 795.42 m3/d,F17断层处渗透坡降为0.27,小于临界坡降值,整体上发生渗透破坏可能性较小;2)坝基防渗墙防渗效果相较于左岸山梁防渗帷幕及断层处防渗墙效果更为明显,渗流量变化更大。左岸山梁防渗帷幕及断层处防渗墙加固处理措施,对库区渗流量影响较小,但对断层出渗流坡降具有一定的影响;3)断层沟谷出露位置为渗流出逸位置,左岸山梁冲沟部位会发生较为明显的渗流现象。4)不同条件下边坡安全系数均大于2.35,有一定安全裕度。蓄水后滑移模式1边坡安全系数略有增大,滑移模式2有所降低。研究结果对于工程实际问题的解决具有参考价值。     

细长受压杆的分岔特性研究

利用Lagrange描述法建立了受压细长杆因弯曲引起的轴向位移与横向位移之间的关系,并建立了由偏微分方程组描述的非线性动力学模型.通过对偏微分方程组的简化,得到了仅含三次非线性项的非线性动力学模型,并利用谱截断方法对此模型进行降阶.利用Lyapunov第一近似理论讨论了降阶模型的分岔特性.研究表明,受压细长杆在弯曲过程中Lagrange坐标的不变性为研究其动力学行为带来极大的便利,压杆的稳定性分析宜采用Lagrange描述法;当忽略杆由压缩引起轴向位移时,由弯曲引起的轴向位移与横向位移之间不存在耦合作用;当轴向压力小于某个值时,压杆只有直线一种平衡状态,且为稳定的;当大于这一值时,直线平衡状态失去稳定性而分支出两个稳定的非直线平衡状态,因而发生叉形分岔.