宇航空间超流氦低温技术的现状与发展

重点论述空间探测器超流氦冷却技术，低温冷却系统中的关键技术，如多孔塞相分离，微重力环境下杜瓦力ＨｅⅡ的管理，界面热阻等，宇航空间飞行中ＨｅⅡ的在轨补充，以及空间超流氦低温实验技术的最新进展。     

获得1.2K低温的实验研究

本文从低温传热的观点出发,通过对减压过程的传热分析和温度分布的测量,提出建立该类低温装置应遵循的基本原则;发现低温实验装置中,主颈管的导热漏热占主导地位,减压过程中冷气流大小对温度分布的影响很敏感,改变了颈口热辐射决定的轴向距离、77K辐射屏位置及屏间距.实验对减压降温过程进行了动态测量,并提出液氦玻璃杜瓦的非正常输入的概念。     

水平环缝内低温工质自然对流传热实验装置的研发

针对工业领域中常见的低温工质自然对流传热现象,该文研发了一套用于水平环缝内低温工质自然对流传热实验的装置,介绍了实验装置的结构和原理,并进行了初步的性能测试。结果表明,利用该装置测得的实验数据精度较高,能够满足相关实验要求。该装置可同时用于水平同心和偏心环缝内低温工质自然对流传热实验研究。     

C—SiC薄膜抗辐照性能的研究

在室温下分别采用射频磁控溅射和离子束辅助沉积技术沉积Ｃ－ＳｉＣ薄膜，并进行了相同注量和相同能量的Ｈｅ＾＋辐照试验。分析结果表明：两种不同方式制备的Ｃ－ＳｉＣ薄膜经Ｈｅ＾＋辐照后显示了不同的形貌特征，薄膜中Ｓｉ组分的含量也有不同。我们对此进行了讨论，还进行了相应的Ｓｉ、Ｃ的化学态分析。     

C－SiC薄膜抗辐照性能的研究

在室温下分别采用射频磁控溅射和离子束辅助沉积技术沉积Ｃ－ＳｉＣ薄膜，并进行了相同注量和相同能量的Ｈｅ￣＋辐照试验。分析结果表明：两种不同方式制备的Ｃ－ＳｉＣ薄膜经Ｈｅ￣＋辐照后显示了不同的形貌特征，薄膜中Ｓｉ组分的含量也有不同。我们对此进行了讨论，还进行了相应的Ｓｌ、Ｃ的化学态分析。     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载、垫片变形和泄漏率测量等技术难点；经过３００多小时的垫片高温性能试验，得到了令人满意的结果．表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件．     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载，垫片变形和泄漏率测量等技术难点，经过３００多小时的垫片高温性能试验得到了令人满意的结果，表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件。     

连续波饱和法测量顺磁弛豫时间

本文给出连续波饱和法测量顺磁弛豫时间的理论分析、实验技术及实验装置,提出改进测量精度的方法,并给出闪锌矿中Mn~(2+)和四氯对苯半醌在室温下的自旋一晶格弛豫时间的测量结果。     

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性，降低装置传导和辐射漏热，提高样品的温度均匀性，基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布，对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明：Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.211 5、4.219 4 K,温度基本一致，且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数；当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸，试样表面发射率低至0.01时，试样自身温度最为均匀，两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布；小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响，自身温差始终保持最小。     

低温环境下复合材料层板动态断裂韧性的实验研究

利用ＭＴＳ材料试验机和自制的低温实验装置，研究了玻璃布－环氧层板（ＧＦＲＰ）在０℃、－３０℃低温环境下的动态断裂性能。采用ＷＥＫ断裂模型来预测低温环境下ＧＦＲＰ材料的动态断裂韧性，给出了具体的实验测试步骤和理论分析方法。同时测定了单边切口试样拉伸情况下的断裂功，和ＷＥＫ模型计算值进行比较，这两种方法都反映出温度和加载速率的改变对玻璃布－环氧层板材料的断裂性能有明显的影响。在低温环境下，当应变速率提高时，断裂性能明显增强；和室温情形相比，在低温环境下，ＧＦＲＰ材料的断裂性能有所提高     

高温气冷堆球床等效导热系数实验装置模拟计算

球床等效导热系数是反映高温气冷堆球床型堆芯宏观热量导出能力的特征参数。为提高中国高温气冷堆设计计算及安全分析能力,清华大学核研院研制了高温气冷堆堆芯全尺寸球床等效导热系数测量实验装置,可进行静态石墨球床在真空及氦气条件下的等效导热系数测量实验。通过对该实验装置的结构进行适当简化,建立了模拟其高温、真空条件下辐射、导热传热特性的二维模型。利用该模型计算了实验装置内的稳态、动态传热特性,可以对球床区径向温度分布、上下保温层材质不同带来的影响、中心发热体超温情况、升降温过程等作出先期理论评估,给出进一步实验的指导性建议。     

低温双极晶体管的低温1／f噪声

对自行研制的低温晶体管于液氮温度下进行了低频噪声测量，结果表明：与室温相比１／ｆ噪声显著增大，根据１／ｆ噪声理论，并参照器件室温和低温下ＩＢ－ＶＢＥ曲线的不同，认为在低温下ＥＢ结正向压降增大和载流子的冻折效应是使该器件１／ｆ噪声等效输入电流功率谱密度变大的主要原因。     

铋系超导体的57Fe穆斯堡尔谱效应

对铋系超导体的正常态和超导态之间的转换进行了与温度相关的穆斯堡尔谱、X－射线衍射、磁化系数ac和电阻率的测量。铋系超导体的穆斯堡尔谱测量显示出两个通常的四极劈裂峰值，表明材料的组成成分是2223相。^57Fe占位的讨论采用点电荷模型。与温度相关的^57Fe穆斯堡尔谱和X－射线衍射研究晶格振动的动力学信息都是从77K到室温的范围。实验结果表明在120K和200K附近时，Cu-O层中出现了晶格软化。在Tc以上温度出现晶格软化是超导转变的先驱效应。     

含水对低温管道保冷结构传热的影响研究

大庆油田天然气分公司15套天然气处理装置低温设备及管道外表面,均不同程度地存在结冰现象。而低温设备及管道保冷效果的好坏,直接影响到装置的能耗以及轻烃产量。因此,分析含水对低温管道保冷结构传热的影响,能够为今后低温装置及管道保冷相关改造提供科学依据。通过建立含水低温管道保冷结构传热模型,分析不同保冷厚度、不同管道介质温度下含水对低温管道保冷结构传热的影响。研究结果表明:(1)同一管径及介质温度下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样,含水率相同时,随着保冷厚度的增大,热流密度减小,冷损失减小。(2)在管径、保冷厚度及介质温度相同情况下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样的,含水率相同时,随着管道中介质温度的降低,热流密度变大,冷损失变大。     

传热实验装置的改造及应用

通过对传热实验装置的使用，集二十余年的更新和改造经验，重新设计、改造了传热实验装置。既锻炼和培养了师资队伍又节约了建设经费。使装置更趋合理、经久耐用。     

冷绝缘高温超导电缆的稳定性研究

冷绝缘高温超导电缆的稳定性问题已经成为高温超导电缆实用化的一个重要课题.介绍了超导体的零电阻特性及低温稳定化理论.建立了超导电缆的等效电路模型和稳态电流分布数学模型.利用有限元分析软件ANSYS和数学建模对超导电缆在稳态下的径向温升进行仿真和计算.分析了均流优化前后层电流分布对超导电缆稳定性的影响.进行了高温超导电缆稳态性能测试实验,并对超导电缆在不同幅值及频率电流下的径向最大温升做了实验测量和结果分析.     

电热双金属复合管热传导的数值分析

导出变物性下电热复合管热传导的离散近似方程式，源项采用切线方案予以局部线性化．结合一个典型实例计算，指出此类实验件的固有热特点，以及外壁温、总电流、内径测量偏差与内壁温、电功率计算值之间的数值联系．对比解析解和传热实验数据，表明数值分析是可靠有效的．本文为这一构思新颖的电传热实验件工作参数和结构尺寸的设定提供了方法和依据．     

水下排放低温液体冻结问题数值分析

研究低温液体水下直接排放的传热问题,根据传热学的基本理论对传热过程进行分析与简化,分析此传热过程的特性,建立近管口水域结冰过程中温度场模型．利用此模型可计算不同的排放速度、管径等条件下的冰层生长速度,估算不同排放条件下冰层的生长状况．模型的计算结果可对进一步研究低温液体的水下顺利排放和管口除冰装置设计提供参考．     

2.0GPa室温至1623K条件下粗面玄武岩的纵波速度与相变

利用ＹＪ－３０００Ｔ压力机的弹性波速度测量装置，在２．０ＧＰａ室温至１６２３Ｋ条件下，测量了河南伊川粗面玄武岩的纵波速度，并在相应条件下，获取了实验产物，经详细观察表明，对应着岩石弹性波速度的变化，实验样品已经发生了相变。据此讨论了岩石相变与其弹性波速度之间的关系，为了解地地球深部物质过程提供高温高压实验基础。     

液氩探测器的低温PMT性能测试

中国暗物质实验(China dark matter experiment,CDEX)拟使用液氩探测器作为高纯锗探测器的反符合探测器,其使用的光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)需能长期稳定地工作在液氩温度(87.3 K)下.PMT在使用前,须掌握其在低温下的性能情况.文章分别在室温和低温环境中测试了ETL 9357FLA型光电倍增管,获得了单光电子响应、暗计数率以及低温环境中运行的稳定性等重要实验结果.通过详细地对比和分析室温和低温环境中PMT的性能表现,确认该型PMT能在低温环境中正常运行.