球腔冷冻靶温度均匀性的数值模拟

惯性约束聚变中点火的实现,要求冷冻靶靶丸中的氘氚冰层必须均匀且足够光滑,而冰层的质量直接受到靶丸周围温度场的影响。采用温度补偿法来抑制由重力引起的自然对流造成的温度不均匀性,分析了网格生成方法并进行无关性验证,利用计算流体动力学程序研究了具有6个激光入射孔球形黑腔结构的冷冻靶温度场的分布。结果表明,当上冷臂温度恒定,改变下冷臂温度时,随着上下冷臂温差的增大靶丸外表面最大温差变化规律为先减小后增大,当上下冷臂温差为63 mK时,形成的靶丸外表面最大温差最小,达到0. 48 mK。     

冷冻靶屏蔽罩开启过程瞬态特性分析

针对冷冻靶屏蔽罩开启过程温度场发生突变导致冰层质量恶化的问题,数值研究了屏蔽罩开启过程中冷冻靶温度场的瞬态特性,并提出了温度控制优化方案。数值模拟基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型,借助考虑辐射环境变化的冷冻靶多重屏蔽罩非稳态模型,得到了黑腔气体压力、封口膜透射率等参数的影响规律,并分析比较了在不同冷环控制方案下开罩的数值结果。研究结果表明:屏蔽罩开启后,靶丸表面绝对温度急剧升高,均匀性迅速恶化;氦气压力增大时,开罩过程的靶丸表面绝对温度无明显变化,但最大温差显著增大;减小封口膜透射率,可有效减小靶丸表面温升和最大温差;存在一个最优冷流量,使屏蔽罩开启过程中温升和最大温差在较宽的透射率范围内满足打靶要求,所满足的透射率范围相对于定壁温开罩增加了19倍。所提优化方案对冷冻靶温度控制方面具有指导意义,可为顺利打靶提供一定的先决条件。     

靶丸位置对冷冻靶物理场的影响规律研究

针对冷冻靶丸装配工艺误差导致靶丸表面温度特性变化的问题,建立带充气管的三维模型,基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型,采用数值模拟方法,研究了靶丸及充气管在竖直和水平方向进行偏移时靶丸表面温度分布的变化,并分析比较了充气管、辅助加热及辐射对靶丸偏移敏感性的影响。结果表明:充气管对靶丸表面温度均匀性影响显著,相较于无充气管结构,具有单充气管和对侧双充气管的靶丸其外表面最大温差分别增大78.9%、76.7%;对于具有充气管结构的靶丸,存在使均匀性改善的最佳偏移工况;单充气管结构靶丸竖直向上适当偏移时,靶丸表面温度均匀性更好,最佳偏移距离为5μm,且单充气管结构在水平方向容许向左112μm的偏移;随着加热功率增大,竖直方向最佳偏移距离基本不变,但靶丸对水平方向装配工艺误差的容忍度增大;封口膜透射率越大,靶丸位置偏移越敏感,相同偏移距离下靶丸表面最大温差越大。     

氚钛靶中氚浓度的变化

为研究中子管内钛膜中氚浓度逐渐减少的行为,分别对中子管内钛膜的氘氚置换反应与高温释氚两种行为进行深入研究。对局部混合模型下的氘氚置换方程进行修正添加了氘氚扩散项,采用有限元分析软件对氘氚置换方程进行数值解分析,并与未修正的氘氚置换方程进行分析比较。同时通过高温释氚实验,对不同温度下的氚钛膜释氚量进行研究。结果表明:未修正与修正后的氘氚置换反应氚浓度都会随着氘束流注入逐渐减少,修正后的方程的平均氚浓度减少比较快,300 h后趋于稳定;未修正的平均氚浓度减少比较慢,200 h趋于稳定。高温释氚实验表明,氚钛膜温度升高会引起钛膜内的氚释放,温度高于180℃氚的释放会急剧增加。可见添加氘氚扩散项对钛膜中氚浓度影响很大,修正后氘氚置换方程更符合实际氚浓度分布;高温释氚也会影响钛膜中氚浓度,温度控制在180℃以内对氚浓度影响不明显。     

靶丸支撑结构对低温靶温度特性影响研究

针对支撑结构的引入对靶丸温度分布产生扰动这一问题，建立带不同靶丸支撑结构的三维低温靶模型，基于离散坐标辐射模型和Boussinesq假设，研究了支撑结构对靶丸温度特性的影响，并对比了不同支撑结构靶丸温差对黑腔内氦气压力变化的敏感程度，最后针对泡沫垫衬薄膜支撑研究了泡沫材料参数的影响规律。结果表明：支撑膜能显著降低黑腔内自然对流强度，薄膜支撑与两极支撑靶丸温度均匀性优于无支撑膜的充气管支撑和支撑杆支撑，薄膜支撑相比两极支撑靶丸温度均匀性略高；充气管直径越大，靶丸温度均匀性越差。基准工况下，薄膜支撑靶丸外表面最大温差最小，温度均匀性最好，两极支撑、充气管支撑及支撑杆支撑最大温差较薄膜支撑分别增大了5.92%、32.71%及17.99%;氦气压力升高，靶丸外表面温度均匀性逐渐恶化，薄膜支撑和两极支撑靶丸温差对氦气压力变化的敏感度更低；对于泡沫垫衬薄膜支撑，通过选用导热系数较大的泡沫材料并减小其厚度可获得较好的靶丸温度均匀性。该计算结果可为靶丸支撑结构的工程设计提供一定的理论支撑。     

用中子飞行时间分析氢同位素深度分布

论述了一种注入或者吸附在材料中的氚和氘的深度分布的测量方法.样品为氚(钛)靶和氘(钛)靶.用2MeV入射质子束,T(p,n)反应研究氚的深度分布;用1MeV入射氘束,D(d,n)反应研究氘的深度分布.用标准的飞行时间方法测量中子能谱。由中子能量确定起反应的质子或氘核的能量。进而得出氚或者氘在钛层中的深度分布.本方法的灵敏度可达0.1at.％.对氚(钛)靶,当靶厚为5mg/cm~2时,深度分辩好于0.5mg/cm~2.     

装配式辐射供冷顶板性能的数值模拟

为提高装配式辐射供冷顶板的性能,建立了一种采用空气层进行热量交换的装配式辐射供冷顶板的数学模型,应用CFD(computational fluid dynamics)技术,数值模拟了耦合冷冻水管辐射顶板空气层的流场和温度场,分析了不同空气层厚度和不同供水温度对辐射顶板热特性的影响.数值模拟结果表明:空气层内由于温度差引起自然对流,辐射板内通过辐射,对流和导热的传热方式,使辐射板表面温度分布更均匀.在保证辐射板表面最低温度高于室内露点温度的条件下,随着空气层厚度和供水温度的增加,辐射板的表面平均温度升高,供冷能力下降.空气层厚度和供水温度的增加或减小会降低辐射板表面温度分布的均匀性.     

EPBS方法分析含氘/氚钛膜及与PVT法的比较

本文使用EPBS方法分析了含氚及含氘与氚钛膜样品中氚及氘的含量与深度分布,并将氚的分析结果与PVT方法所给出的结果进行了比较.实验所使用的Ti膜衬底是Mo,在EPBS能谱的低能端, Mo元素的模拟谱与实验谱偏差较大,会导致分析结果不准确.为消除EPBS实验谱中的Mo谱对分析的影响,本文使用了一个Mo衬底的TiH_(1.81)样品成功扣除了EPBS实验谱中的Mo本底,扣除Mo本底后可以直接模拟样品中氘与氚的能谱,使得分析结果更为精确可靠.     

靶钛膜处理对氘-氘及氘-氚中子管性能的影响

利用氘和氚充气真空系统和镀靶系统制备了不同靶膜厚度和充气量的系列中子管,其充气系统极限真空达到了1.5×10-6 Pa.利用微调阀可精确控制每次进入系统的氘和氚气体量.通过改变钛丝量和加热电流来控制靶膜厚度,采用3He中子监测仪监测系列中子管的产额、稳定性及老练特性.探讨了靶膜的多次处理对于中子管的老练、稳定性等指标的影响,为提高中子管性能提供了参考.     

微充气管残留燃料冰对冷冻靶控温过程的影响分析

针对微充气管内残留燃料冰影响冷冻靶控温过程这一问题,建立了基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型的三维数学模型,分析了管内残留燃料冰长度对基准、辅助加热以及快速降温3种工况下靶丸表面温度均匀性以及稳定性的影响。结果表明：基准稳态工况下,靶丸表面最大温差随管内燃料冰长度增长先降低后升高,燃料冰末端与靶丸外表面齐平（长度为0.09 mm）时,最大温差最小,相比于无燃料冰降低31.5%;施加7 500 W/m²辅助热流的瞬态工况下,管内残留燃料冰长度不同时,靶丸表面最大温差随时间变化均表现为先增大后减小直至稳定不变,燃料冰长度较短（≤0.09 mm）时,靶丸表面均匀性恶化程度较轻;以6 K/min进行线性快速降温过程中,管内燃料冰长度为0.09 mm时,降温过程中稳定性最好,降温结束时均匀性最佳;当管内燃料冰长度为0.09 mm时,3种控温工况下靶丸表面温度均匀性及稳定性均较好,可达到较好的控温效果。     

等离子熔积成形过程的温度场有限元模拟

建立了等离子熔积成形过程移动热源和动质传热的三维有限元数学模型，进行了该过程温度场的模拟分析．模拟结果表明，等离子熔积成形的温度场具有时空交变与不均匀分布的特性，随着熔积层数的增加，零件温度均匀化程度提高，冷却速度下降；但随着冷却速度下降，易产生流淌，影响成形性．最后通过对温度场的实验测定，模拟结果与实验结果基本符合，证明了熔积成形模拟计算模型的合理性．     

高低温试验箱内温度场实验及数值研究

高低温试验箱内部循环风速的大小对试验区的温度变化速率和温度场均匀性有着关键性作用,为了提高温变速率和温度场的均匀性,以内箱体积576 L的高低温试验箱作为研究对象,通过数值模拟分析6种送风方案(送风风速依次为1、2、3、4、5、6 m/s)下试验箱内试验区的温变速率、温度场,并计算分析能量利用系数.结果表明,方案1、2、3的温度场均匀性较差,故排除.然后再对方案4、5、6做进一步的流场和温度场分析,排除方案4.最终通过对回风口的风速和温度的不均匀系数的计算结果进行比较可知,该型号试验箱的送风风速可选择为5～6m/s.     

用对比参数表示的汽液平衡新方程

提出了适用于氢、氘和氚的汽液平衡方程,此方程的特点是用对比压力和对比温度表示氢、氘和氚的汽液平衡关系,并且直接将压力表示为温度的函数关系。利用文献数据,拟合出了适用于氢、氘和氚的汽液的参数。将温度代入方程进行了回代计算,得到压力的计算值与文献值符合较好,对于氢、氘和氚,平均误差分别为0．058％、0．630％和0．042％。同时,将此公式用于^4He效果也比较好,平均误差只有0．071％。     

热丝化学气相法合成金刚石的温度场仿真及试验

为了对热丝化学气相法沉积金刚石薄膜的工艺进行优化,提出了以有限元法模拟金刚石薄膜沉积系统三维温度场的新方法.在有限元仿真中,分析了温度场中热丝温度、直径、热丝排布、热丝与衬底距离等参数对衬底温度及均匀性的影响.在此基础上,通过热丝化学气相法沉积金刚石薄膜和生长单晶金刚石颗粒的试验验证了仿真结果的正确性.实验和仿真结果一致表明,热丝排布以及热丝与衬底间距离是影响金刚石薄膜沉积温度场的主要因素.     

多芯片COB封装LED的基板温度分布

发光二极管(LED)的工作温度对其性能和寿命有很大影响,对于多芯片板上贴装(COB)的LED面光源,还存在基板温度分布不均匀的问题。基于一款多芯片COB封装LED的封装基板,用ANSYS仿真分析软件模拟其温度场,并证实了模拟的可靠性,探讨了基板表面和厚度方向的温度分布情况,对比了铝基板和铜基板的温度场。结果表明,多芯片COB封装LED的基板温度分布在芯片集中区存在很大的不均匀性,而基板边缘区温度则基本均匀,用铜基板代替铝基板,可以降低基板温度,且芯片集中区基板温度梯度也减小,铜基板整体的温度分布均匀性要好于铝基板。     

镁合金板带厚度对开轧温度场影响研究

利用镁板开轧前的边界条件及镁合金的热物理特性,采用有限元法建立开轧温度场的数学模型。在有限元分析软件DEFORM-3D中模拟不同厚度镁板的热辐射过程,利用热电偶采集在室温下热辐射时温度变化对模型进行实验验证。经分析表明:镁板热辐射散热存在一个节点温度,该节点温度随着厚度增加而升高;厚度对镁板的热辐射时温度变化和温度分布均匀性有着很大的影响,建立的温度场模型能够精确的预测温度分布。     

套管式冷冻浓缩装置的研制及其实验研究

研制一种新型结构的冷冻浓缩装置,可克服传统界面渐进冷冻浓缩溶质夹带率较高的缺点,且装置的料液处理量适应性好、参数调控方便、无易磨损件.建立了套管式冷冻浓缩装置的数学模型,通过控制温度、流速,对不同工况下结冰速度随料液温度、载能液温度和冰层厚度的变化规律进行了计算分析.研制了R134a套管式冷冻浓缩实验装置,对其工作特性进行了实验研究.结果表明:通过控制料液浓度、料液流速和冰层厚度,可降低溶质夹带率.     

不同出风方式对冷库温度分布的影响

医药冷库必须满足规定的制冷要求和温度分布,本文对实际使用的医药冷库温度场进行了模拟分析。利用流体力学软件Fluent模拟出目标冷库在不同制冷方式下的温度场分布,模拟设计为风机直吹和排气孔出风两种方式下不同出风速度对冷库温度场的影响。模拟结果表明:冷库内温度会随着出风速度的增大而降低,并且均匀性也越来越好;采用排气孔出风时,冷库的制冷效果要优于风机直吹形式。建议医药冷库采用排气孔出风形式制冷。     

强制对流烘箱内温度场均匀性研究

强制对流烘箱进、回风口的布置是影响箱内的温度场均匀性的关键因素,为了研究开发出更高性能的烘箱,通过数值模拟和实验测试的方法,研究了5种不同进、回风口形式的箱体构造设计方案(双边送风后置回风、双边送风置顶回风、单边送风对向回风、单边送风置顶回风、背部送风双边回风)下箱内的温度场流场,通过分析监测点温度、检测面平均温度,并计算能量利用系数和不均匀系数,结果表明单边送风对向回风是最优方案。优化后烘箱与原方案相比能量利用系数提高17.5%,温度、速度不均匀系数风别降低了26.5%、48.6%。实验测量得整体最大温差为2.5 K。整体最大温差降低了59.7%,温度场流场均匀度提高。     

反应堆含氚重水提氚关键技术研究进展

基于建立的年处理１０t重水的组合电解催化交换唱色谱分离（CECE-GC）实验系统,就含氘轻水提氘 演示实验及利用含氚轻水进行含氚重水提氚模拟运行做了介绍。结果表明,２４０h含氚轻水的连续运行,CECE 系统整体浓缩倍数约为４,电解池氕、氚分离因子约为１０;８m３桙d色谱分离系统运行２３h,可将１０.５m３料气的 ９０％中的氘贫化１０００倍;氚储存系统运转正常。CECE唱GC实验系统的建立,为重水提氚技术的进一步工程化提 供了研究平台。