宇宙中高能带电粒子的加速

宇宙中高能粒子的起源问题是高能太阳和天体物理的核心问题之一.在剧烈变化的天体物理环境下,背景等离子体中的带电粒子可以被其中的电场加速到很高的能量.根据背景电场和带电粒子相互作用的特征,带电粒子的加速机制可以分为:等离子波和粒子共振相互作用、沿磁力线方向的平行电场加速和磁场不均匀性有关的磁场曲率与梯度加速等.根据粒子加速过程对应的宏观能量释放机制,人们发展了随机粒子加速理论、扩散激波粒子加速理论以及磁重联粒子加速理论等.这些理论都有其各自的假设和特征,在不同的天体物理环境有其相应的应用.与高能天体物理观测的不断进步相结合,通过对高能粒子辐射特征和加速过程的分析,人们可以更好地认识剧烈变化天体物理环境下发生的各种物理过程.     

随机运动导电粒子对微波腔内电场分布的影响

针对微波腔内不均匀电磁场导致的微波加热不均匀现象,利用金属对微波具有反射的特点,将导电粒子与运动物料相结合,研究了随机运动导电粒子对微波转筒干燥腔内电场分布的影响.利用EDEM与COMSOL软件将运动场与电磁场相耦合,模拟导电粒子的尺寸、数量以及随机运动方式对微波腔内电场分布的影响.结果表明:直径小于20,mm的导电粒子对电场的影响较小;自由随机运动的导电粒子因粒子集聚而恶化微波腔内的电场分布;固定间距的随机运动导电粒子可提高微波腔内的平均电场强度及电场分布的均匀性.     

一种基于SLM技术的抗冲击弹性阻尼单元

具有高强度和高能量吸收能力的轻质夹芯结构在机械领域具有至关重要的应用.提出了一种基于SLM(激光选区熔化)技术的弹性阻尼单元结构,该结构在受载时可以产生较大的弹性变形,从而在弹性变形阶段吸收大量的能量.根据SLM工艺特征,设计了弹性阻尼单元的结构和布局,并研究了其可制造约束条件.最后,采用SLM技术加工了三组具有不同结构参数的弹性阻尼单元和与其具有相同高度的Kagome结构,并进行了压缩试验.根据试验结果分析了单元结构参数对其承载性能和能量吸收能力的影响,并对比了弹性阻尼单元和Kagome结构性能的差异.试验结果表明,弹性阻尼单元强度和能量吸收能力优于Kagome结构.且参数为a=2.2 mm,m=3.1 mm,n=4.6 mm弹性阻尼单元,在相同的质量下,强度比Kagome结构高约36.11%,在破坏时吸收能量比Kagome结构高约26.83%,弹性变形时吸收能量比Kagome结构高约39.1%.     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

LHAASO实验中宇宙线次级粒子特性的模拟研究

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)位于四川稻城海子山,海拔约4400 m,该实验采用多种手段,对进入大气层的宇宙线粒子进行精确的复合测量.高海拔区域,雷暴天气频繁,广延大气簇射中宇宙线次级粒子的数目、方向和能量都会受到雷暴电场的影响.本文利用Monte Carlo方法,模拟了宇宙线原初粒子进入大气层后的广延大气簇射过程,研究了次级粒子中光子、电子、μ子的纵向分布、横向分布和能量分布.结果表明,在LHAASO探测面,电子的数目比μ子多2～3倍、μ子横向分布范围比电子宽广、μ子的能量比电子大.若在雷暴期间,大气电场对电子(质量小、数目多)的影响将会更加明显.本工作对研究雷暴电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机制具有重要意义,同时为理解地面实验的观测现象提供有用信息.     

介质阻挡微放电过程的二维粒子模拟计算

针对介质阻挡微放电的空间尺度较小以及较难进行实验诊断,利用二维PIC-MCC(质点网格法-蒙特卡罗碰撞)对其放电过程进行模拟研究,得到放电过程中带电粒子密度、电势与电场的分布,以及离子入射角度和入射能量分布.模拟结果表明:带电粒子的密度分布和放电空间中的电势、电场分布相互影响;介质阻挡微放电过程中出现的条纹现象,来源于放电过程中的粒子密度峰分布,与电势和电场分布密切相关;电极介质层附近的离子入射角度和入射能量分布对研究电极寿命极其重要.     

铁磁性金属填充碳纳米管的微波吸收机理研究

深入探讨了铁磁性金属填充碳纳米管的微波吸收机理,对铁纳米粒子填充碳纳米管的微波吸收特性进行了数值模拟,计算了其自然共振频率,模拟结果与实验数据相吻合理论上证明了铁磁性金属填充碳纳米管对微波的强烈吸收主要是样品中铁磁性金属纳米粒子在微波作用下产生了磁共振的结果研究发现,随着铁磁性金属填充碳纳米管薄膜厚度的增加,其共振频率...     

格点能量变化时离散晶格中荷电粒子在任意含时电场作用下的运动

本文研究了当格点能量变化时一维键上的带电粒子在任意含时电场作用下的运动,给出了动量空间的普遍的形式解,并就静电场的情形讨论了粒子在动量空间的局域性问题.     

带电粒子在成任意夹角的电场和磁场中的闭合轨道及其分叉现象研究

从哈密顿正则方程出发,推导出了带电粒子在电场和磁场成任意夹角时的运动方程.根据运动方程讨论了带电粒子的运动轨迹形成闭合轨道所满足的条件,借助于计算机编程对带电粒子的闭合轨道进行了模拟.计算结果表明：在交叉的电场和磁场中,带电粒子的闭合轨道是三维的.随着带电粒子能量的不断增大,闭合轨道的条数不断增多.当能量增加到某一边界能量时,一条新的闭合轨道出现,当能量大于此边界能量时,这条新的闭合轨道发生分叉,由一条分为两条.对应第j个边界能量,共有2j条闭合轨道出现,当能量在第j个和第j＋1个边界能量之间变化时,共有2j＋1条闭合轨道存在.     

前轮摆振机理再分析

轮胎的侧偏力学特性是前轮摆振发生的主要原因。通过比较两种都带轮胎侧偏特性的不同轮胎运动方式,对比分析两种运动的轮胎力做功,解释为什么轮胎力做功不同;从而说明轮胎在摆振运动中做正功,不断吸收能量体现轮胎负阻尼特性,所以发生轮胎自激型摆振。     

外电场对双极荷电颗粒碰撞及凝聚的影响

为确定外电场对双极凝聚的影响,采用FORTRAN程序,通过计算得到颗粒在一定电流体场条件下的电荷分布统计规律,并考察外电场对双极荷电颗粒间的碰撞凝聚规律.计算结果表明,只有当荷电颗粒所受电场力与阻力的量级之比接近于1时,外电场才能起到增强双极凝聚效果的作用;在相同条件下,颗粒直径越大,外电场增强双极荷电颗粒的碰撞效果也越大.     

在转动参考系中讨论单极电机

在导线静止的转动参考系中讨论单极电机的原理，发现在此转动系中不仅有磁场而且存在径向电场。     

双极荷电颗粒在外加交变电场中的静电凝聚

为了定量分析外加交变电场对双极荷电颗粒静电凝聚的影响,基于双极荷电颗粒在交变电场中的静电凝聚系数公式,利用数值计算的方法求解了荷电颗粒凝聚的数量平衡方程,得到了不同时刻颗粒数量浓度、颗粒带电量和颗粒粒径的关系曲线,比较了外电场存在与否时颗粒数量浓度的变化。结果表明:对于初始单弥散度带任意电荷量的颗粒,其数量浓度随凝聚时间单调减少;外加交变电场能够有效地促进双极荷电颗粒间的凝聚;颗粒上所带的电荷量越大,凝聚效果越明显。     

电磁式静电除尘空气净化机理的研究

提出了电磁式静电除尘空气净化法。从带电粒子的电漂移理论出发，阐明了加平行磁场较加垂直磁场能得到更高的净化效率的理论依据。在更深一步的试验研究基础上，提出粒子初速存在着一个提高净化效率的最佳值，并应用带电粒子电漂移理论解释了一定的集尘板间距内加垂直磁场后，净化效率低于不加磁场情况下的净化效率这一特殊现象，完善了这一新技术。     

外电场对荷电颗粒静电凝聚的影响

为了定量地分析外电场对荷电颗粒静电凝聚的影响,在理论分析和数值模拟的基础上,求解荷电颗粒凝聚的数量平衡方程,分析比较外电场存在与否时,颗粒数量浓度的变化关系。结果表明:外电场促进荷电颗粒间的凝聚;对于初始对称双极荷电颗粒,外电场不改变颗粒初始电荷分布的对称性,并且带任意电荷量的颗粒的数量浓度随凝聚时间单调减少;对于初始非对称双极荷电以及单极荷电颗粒,其数量浓度并非都随凝聚时间单调减少。     

均匀电磁场中带电粒子的运动学特性

通过对不同电磁场环境中的带电粒子受力情况研究带电粒子的运动规律。带电粒子只受电场或只受磁场作用时,其运动轨迹分别是抛物线或螺旋线。当带电粒子受电磁场作用时(带电粒子初速度、电场与磁场两两相互垂直或磁场垂直于初速度与电场构成的平面且初速度与电场成任意角度),得出带电粒子的运动方程。     

电除尘器中粉尘粒子的凝并

应用电流体力学和外力场输运理论,分析了电收尘器中带电粉尘粒子的凝并现象。在一定的简化条件下建立了粒子凝并速率计算式,并通过实验进一步探讨了带电粉尘粒子凝并的机理。研究结果表明,电场中带电粉尘粒子的凝并受粒子表面电荷分布和电荷量、粒径、粒子所带电荷的极性以及中性电荷粒子的影响。无论单极或双极电晕,带电的粉尘粒子都发生凝并,但带正、负电荷粒子的凝并受限于某一作用范围。     

模拟烟道中粉尘粒子的荷电凝并实验研究

基于电凝并理论,在模拟电除尘器烟道中增设预荷电装置,进行了高压电场荷电凝并研究.实验结果表明,将预荷电装置安装于烟道中,离子浓度比除尘电场中高约1个数量级,有利于提高粉尘的荷电量,增强带电粒子的凝并作用;交变电场比直流电场更利于带电粒子凝并,最佳电场频率为40 Hz;电凝并作用可以使粒子粒径增大21%左右,总除尘效率提高2.6%～3.5%,有利于实现电除尘器的小型化.     

Evidence for a macroscopic electric field in the sedimentation profiles of charged colloids

The determination of molecular masses from barometric sedimentation profiles, a main topic in ultracentrifugal analysis, is thought to be quantitatively correct for non-interacting particles. Whereas this expectation is justified for uncharged colloids or macromolecules at low volume fractions, early ultracentrifugation studies on charged particles had already indicated that the obtained masses might be much too low. More recently, expanded sedimentation profiles have been observed for charged particles, sometimes inflated by orders of magnitude relative to the barometric prediction, which highlights a shortcoming in our understanding of centrifugation of even very dilute charged species. Theory and simulations, anticipated by various authors, now propose that strongly non-barometric sedimentation profiles might be caused by an internal macroscopic electric field that, even for non-interacting particles, significantly decreases the buoyant particle mass. The existence of this field and its intriguing consequences still lack experimental verification. Here we report ultracentrifugation experiments on charged colloidal silica spheres, showing both the existence of such a macroscopic electric field and its drastic effects on the sedimentation profiles of very dilute dispersions at low ionic strength.