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。     

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。     

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。     

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。     

氘氚冰层对惯性约束聚变冷冻靶温度场分布的理论模拟

惯性约束聚变冷冻靶制备过程中,要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层,需要靶丸周围存在均匀的热环境条件。对均匀冰层和非均匀冰层展开了数值模拟分析,讨论了冰层偏移对温度场的影响情况,通过对模拟结果的温度分布和流体力学分析,得到了冰层对冷冻靶温度场的影响规律。结果显示,氘氚冰层厚度的增加、体积热的增加都会造成靶丸温度不均匀性增大,冰层的偏移可以通过辅助加热的方式来改善,但是径向偏移对靶丸温度均匀性影响更大。     

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.     

地板辐射供暖结合混合通风系统下室内换热实验研究

建立地板辐射供暖结合混合通风系统的实验平台,测定供暖系统处于不同供水温度和流量时小室的各内表面温度和室内空气温度,研究地板和其他表面间辐射换热以及地板表面对流换热情况。研究结果表明:地板辐射供暖系统中地板与其他表面的辐射换热量占总换热量的50%~70%,并且随供水温度的升高而减小。当供水温度一定时,地板与其他表面辐射换热的比例随着供水流量的增加而减小。提高供水温度或供水流量均导致地板表面温度的增加,但在需要改变地板温度的时候调节供水温度比调节供水流量更有效。系统达到稳定后,室内温度在垂直方向上的温差不超过2℃,具有较高的热舒适性。     

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．     

地板辐射采暖传热模型修正及散热因素分析

楼板向下散热量和内外墙体温度差异较大时,利用现有的模型计算地板辐射采暖系统地面温度分布导致误差较大.通过分析内外墙和楼板对地板辐射采暖系统传热的影响,找出零热面模型的不足,修正了传热模型,并分析影响采暖盘管的散热因素.研究结果表明, (1)内外墙体的壁温相差大时,零热面模型误差偏大,则内外墙边界条件设为第一类边界条件较合理;(2)楼板下表面设为由辐射换热等效的第三类边界条件较合理;(3)管径增大导致地板表面温度增加趋势减小.管间距、热水温度增大导致供热区域地板表面温度分布呈周期性变化逐渐明显.且管间距变大导致其周期增加、热水温度变大导致其振幅增加.选择合适的地板层材料才能保证舒适的地面温度.     

地板辐射采暖系统温度分布测试及数值分析

对某加装低温热水地板辐射采暖的系统分开门和闭门两种情况进行温度分布特性的实验测定,结果表明:地板辐射采暖房间内温度分布总体上是自下而上,从高到低变化,地板表面温度最高,但空间的温度变化幅度不大;而且处于人活动的空间范围中,温度竖向分布差别不大(最大差别为0.73℃),具有良好的热舒适性.此外,房间开门或闭门,空间内每一层的温度分布都比较均匀,开门处的气流对温度分布的均匀性基本没有影响,但受此气流影响,开门时各个测点的温度和闭门时相比普遍降低,但地板表面温度还维持原来水平.此外,还采用了4种不同的湍流模型,利用商用CFD软件Fluent进行地板辐射采暖空间的三维流动与换热的数值模拟,数值结果表明,标准k-ε模型能较好满足数值计算要求.     

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70~0.80MW/m²。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。      

晶圆片快速热处理工艺中温度非均匀性研究

采用传导与辐射耦合传热模型,对晶圆片内传热过程进行了数值模拟,研究了热传输特性变化对于晶圆片表面温度非均匀性的影响.结果表明:硅与掺杂硅导热系数的提高有助于减小沿晶圆片表面的温差,而总的温度水平变化很小;当吸收系数从104降至103 m-1时,晶圆片顶部表面的温度水平和温差骤降,当吸收系数等于103 m-1时,温度水平和温差变化不大;发射率对于晶圆片顶部表面温度水平和温差具有主要影响,提高发射率可以轻易增加晶圆片表面的温度水平;使用改善后特性数据,总的温度水平较基础算例降低约200K.研究结果有助于认识快速热处理工艺中能量传输过程、改善温度监测和控制水平.     

水平环缝内冷水自然对流换热过程的数值模拟

为了解水平环缝内冷水自然对流换热过程的基本规律,利用有限容积法进行了二维数值模拟,环缝外壁为0℃,内壁温度为1~10℃。结果表明,在计算范围内,内壁面的平均表面传热系数随环缝宽度的增大先减小、而后略有增大,随内壁半径的增大而单调减小;当温差小于4℃时,平均表面传热系数随温差的增大而增大,而超过4℃后,随温差的增大而减小。采用逐步线性回归方法,得到了内壁传热关联式。     

基于ANSYS的原子层沉积加热系统温度均匀性分析

为了研究提高原子层沉积加热系统温度均匀性的有效解决方案,采用ANSYS仿真软件建立原子层沉积反应室模型。利用控制变量法,以提高衬底的温度均匀性为目标,观察气体入口流量、电阻片与加热盘的距离和加热温度对反应室热场的影响。随着气体流量的增加,底部流动边界层趋于稳定,加热盘的温度场分布更加均匀;随着加热盘与电阻片之间距离的增大,从电阻片到达石墨盘下表面的热量减少,石墨盘表面最高温度和温差都随之减小,温度均匀性得到提高;随着加热温度的升高,加热盘表面温度增高,因此,可以通过分区加热来提高加热盘表面温度均匀性。     

空间低温冷屏蔽系统及表面温度分布研究

提出一种"空间冷屏蔽系统"模型,通过空间深冷剂的相变制冷可使空间飞行器表面温度低于100 K,30 min内使表面红外辐射强度低于0.5 W/m2;进而建立三维气液分离储液模型,并对分层储液结构进行单元传热数值模拟,分析单元模型的不同传热边界条件,将换热经验关联式应用于稳态传热数值模拟过程,从而获得冷屏表面温度及热流随液位变化的分布规律;然后建立单元实验模型并进行实验分析.模拟计算及实验结果表明:当分层储液高度小于100 mm时,实验温度梯度与数值模拟结果相似;实验系统的表面温度在地面15 min以内、空间30 min以内可以满足低温红外辐射特征要求;太阳能辐射强度和毛细材料对表面温度分布的均匀性及液氮维持时间有一定的影响.     

大尺寸热压烧结炉温度场动态分布的有限元法研究

为研究陶瓷在热压烧结炉内温度场的动态分布规律,选用直径400 mm sialon陶瓷为研究对象,采用有限元辐射计算方法研究了加热速率、压头端面温度、隔热套筒高度对热压炉内温度场分布的影响.结果表明:在加热初始阶段,试样心部与边缘的温差随升温速率提高而增大,而在加热后期,随着升温时间增加,试样心部与边缘的温差逐渐减小,并稳定在17℃;样品区达到稳定温度所需时间随升温速率增加而减小;增大隔热套筒与模具之间的距离、增加石墨垫块与水冷压头之间的热阻均有利于提高样品区温度场的均匀性;样品区温度随其距中心距离增加而增大,并沿径向呈抛物线形分布.     

分区分级双P型辐射管喷口结构位置特性

为了对分区分级双P型燃气辐射管喷口结构、位置进行优化,提高燃烧效率.首先对分区分级双P型燃气辐射管进行了实验和数值研究,结果发现,除NOx体积分数的误差为11.6%外,其他参数的偏差都在1%以内,证明该模型具有可靠性.在此基础上,通过研究主管和支管的喷口位置及喷口结构等参数,进行了气体温度和壁面温度的研究分析.结果显示:随着主管喷口位置向外移动,分区分级燃气辐射管表面温度的最高值逐渐减小,壁面温度的最低值逐渐增大.支管喷口位于三通管与支管交线处时,可以减少高温气体对辐射管管壁的冲击作用,提高支管径向的温度均匀性,延长辐射管使用寿命;主管喷口的形式为完全预混式喷口时,壁面温差最小;支管喷口的形式为不对称式时,分区分级燃气辐射管壁面温差最小,燃烧热效率最高.     

氨喷雾相变冷却换热面温度分布特性

以液氨为冷却工质,针对大功率激光器350 W/cm2以上散热需求进行喷雾冷却换热实验,研究了不同流量下冷却表面散热特性以及温度分布规律。实验结果表明：在加热功率和喷淋高度不变时,进口流量较大,冷却表面处于无沸腾换热,主要以强迫对流换热为主,换热表面温度低且分布均匀;流量为0.461 L/min时,热流密度可达388 W/cm2,热沉表面温度仅有2.6 ℃,温度偏差为±1.1 ℃;随着进口流量减小,热流密度增加,换热形式由强迫对流换热逐渐过渡到沸腾换热,从而导致热沉表面温度分布均匀性降低。     

有偏压的光伏光折变晶体中低振幅的空间孤子

获得了有偏压的光伏光折变晶体中空间孤子传播的非线性波动方程 .它是屏蔽孤子和短路光伏孤子的非线性波动方程的统一形式 .在低振幅区域 ,由它得到了起源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应的空间孤子 .在适当的条件下 ,这类孤子可以转化为屏蔽孤子和短路光伏孤子 .当外电场为某一值时 ,用改变外电场的极性和旋转光的偏振方向可以实现这类孤子的明暗转换