壳源氦气成藏问题及成藏模式

氦气作为一种稀有战略资源,在工业和高科技领域应用广泛。目前富氦气藏中被工业利用的氦气资源基本为壳源氦,采自天然气。氦气特殊的气源条件和物理化学性质决定其成藏过程与常规油气有着极大的差别。根据近年来在渭河盆地氦气调查工作中的一些困惑和思考,总结了氦气成藏中亟待探索的3个方面:(1)不同氦源岩的性质及氦源岩的有效性评价;(2)载体气性质及氦气赋存状态对弱源氦气运聚过程中的影响;(3)氦气直径最小,其保存的特殊性。在此基础上初步提出了氦气成藏概念模式,认为有效氦源岩、高效运移通道和合适的载体气藏是氦气成藏的关键。研究结果供业内有兴趣的同行批评指正,为寻找氦气资源提供参考和指导。     

电流引线氦气流动压力降研究

超导磁体电流引线中氦气流阻是设计电流引线时一个重要参数。电流引线片形状很复杂，计算氦气流阻比较好的方法是采用有限元软件Fluent。由于庞大的有限元单元数，因此本文对氦气模型进行简化和分段，相邻模型间采用流量边界条件和压力边界条件进行耦合。     

Ghost Fluid方法在可压缩多介质流动中的应用

在对可压多介质流动进行数值模拟时,界面两边流体状态方程不同会给计算带来很大麻烦,该文采用Ghost Fluid方法(GFM)成功地解决了这一问题.利用间断有限元Galerkin方法和Level Set方法,对2种不同比热比介质激波管问题进行了模拟,其数值结果和精确解非常吻合;对气体/水激波管、空气/氦气泡相互作用、空气/R22相互作用等问题进行了模拟,其结果与相关文献的结果一致,表明利用该方法进行可压缩多介质流动数值模拟是可行的.     

柔性蒙皮材料氦气渗透的细观机制

该文研究了由聚芳脂纤维(vectran)平纹织物为承力层、PVF膜(tedlar)为阻氦层、聚酯薄膜(mylar)为防护层的浮空器蒙皮材料氦气渗透的细观机制。首先,根据Hagen-Poiseuille定律,推导得到了承力层等效渗透率。然后,通过氦气溶解扩散模型和多层复合结构渗透模型,理论分析了各层对氦气密封性能的贡献比例,讨论了每层不同厚度对整体蒙皮材料氦气渗透率的影响,理论预测了蒙皮材料的整体氦气渗透率。最后,将实验结果与理论所得的数值进行了对比,验证了多层渗透模型的正确性。     

氦气压气机叶型气动特性研究

以高温气冷堆氦气轴流压气机叶型气动特性为研究对象,结合优化算法与现代流场模拟技术研究了氦气压气机叶型的设计特点和损失特性。数值模拟采用SST湍流模型和γ-Reθ转捩模型,考虑了氦气附面层转捩对叶型损失的影响。对比低速空气压气机叶型和CDA叶型,研究了具有低损失和宽广工作范围的氦气压气机叶片表面压力分布特点及其附面层发展特点。研究结果表明,优化叶型在保持设计工况下损失基本不变的情况,大幅度地增加了氦气叶型的低损失攻角范围,并减小了不同攻角时叶型的落后角。优化叶型在正攻角情况下,附面层转捩显著推迟,氦气压气机叶型损失得到有效控制。     

系留气球留空时间分析方法研究

系留气球的留空时间主要由日平均氦气泄露量决定;但由于氦气泄露量的影响因素众多,且探测手段有限,目前尚未发现能直接准确测得工作环境下球体实际氦气泄露量的有效方法。因此无法对留空时间进行准确评估。为了解决这一问题,提出了一种新的间接的系留气球留空时间分析方法。采用了全析因试验设计,通过计算各种工况下满足留空时间指标的日平均氦气泄露量上限,再采取各种措施使球体日平均氦气泄露量不超过该上限值,从而使该项指标符合战术技术要求,回避了直接求解氦气实际日平均泄露量的不确定性。研究发现,在特定的工作环境下,净静浮力的变化实际上是由日平均氦气泄露质量决定的;且当留空时间一定时,日平均氦气泄露质量只在某取值附近的小范围内波动,受环境因素的影响很小;只要能保证日平均氦气泄露质量≯6.314 54 kg/m3,则可以满足在任意的工作海拔高度、温度、风速、湿度和压差下某型系留气球都能达到21 d的留空时间指标要求。     

渗流介质对渗透率测试结果的影响

 分别利用氮气与氦气,采用不同的驱替压差对不同渗透率级别的特低渗岩心进行渗透率测试,并且分析了不同渗流介质的滑脱效应对渗透率测试结果的影响.实验结果表明：利用氦气和氮气测试岩石渗透率,均存在滑脱效应;相同孔隙压力下利用氦气测得的渗透率均大于氮气测得的渗透率,二者之间具有较为明显的差别,岩心孔隙压力越小,两种气体测试的渗透率差别越大,这表明在低压测试渗透率时,氦气由于分子直径较小,自由程大,引起的滑脱效应对渗透率的贡献较大;岩心渗透率越低,渗透率受滑脱效应的影响越显著.     

电流引线氦气流动压力降研究

超导磁体电流引线中氦气流阻是设计电流引线时一个重要参数.电流引线片形状很复杂,计算氮气流阻比较好的方法是采用有限元软件Fluent.由于庞大的有限元单元数,因此本文对氦气模型进行简化和分段,相邻模型间采用流量边界条件和压力边界条件进行耦合.     

平流层飞艇热力学建模与仿真研究

文章基于对飞艇热状况形成机制的分析,建立了针对临近空间飞艇的热力学模型,主要有对流换热数学模型和辐射换热数学模型,并编写了热特性仿真计算软件,对飞艇在巡航阶段艇内气体温度变化进行仿真分析。结果显示:平流层飞艇氦气平均温度的变化主要受太阳辐射强度的影响,夜晚较低,白天较高,温差约为55℃;副气囊空气温度的变化趋势基本与氦气一致,且氦气和空气最大超热都超过40℃。     

Level Set方法在非结构网格上的应用

采用基于非结构网格的Level Set方法对多介质流动问题进行数值模拟.采用有限体积法求解Euler方程,控制面通量的计算采用HLLC(Hartern,Lax,van Leer,Contact)近似Riemann解方法.Level Set方程也采用有限体积法求解,采用Lax-Friedchs方法计算通量,通过窄带(Narrow Band)方法来减少计算量,重新初始化采用Fast Marching Method.界面的处理采用Ghost Fluid方法.Runge-Kutta显式时间推进,时间、空间都是二阶精度.对SOD激波管问题进行数值模拟,其结果和精确解相吻合;对空气/氦气泡相互作用问题进行模拟,取得较好的结果.     

基于MELCOR的HE-FUS3实验模拟及氦气冷却系统安全初步分析

MELCOR程序是由美国Sandia国立实验室为美国核管会开发,用于模拟轻水堆严重事故进程主要现象的一体化系统软件。针对HE-FUS3氦气实验回路进行了建模和计算分析,取得了良好的结果。该成果可为氦气冷却系统安全分析提供初步的参考;并将继续扩展使用于ITER氦冷包层系统安全分析。首先利用MELCOR对HE-FUS3氦气实验回路进行建模,对LOFA30失流事故进行了稳态及瞬态分析;并将MELCOR程序计算值与实验值进行了对比。结果显示:通过MELCOR对实验回路建模得到的LOFA30失流事故稳态计算值与CATHARE 2参考值大体一致;在失流事故的瞬态进程中,大部分热工水力参数计算值均与实验值符合较好。结果证明利用MELCOR程序对HE-FUS3实验回路整体建模的可靠性很高,通过MELCOR程序计算,用于分析氦气冷却系统安全性的数据准确,可靠,可以继续使用MELCOR对该领域进行更为深入,系统的研究和分析。     

基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.     

大气压纵向氦气流对直流辉光放电特性影响的研究

利用一维自洽流体模型系统研究了大气压条件下纵向氦气流对直流辉光放电特性的影响.研究结果表明,在不同的氦气流速条件下,对应不同放电空间中带电粒子的动力学行为特征表现出显著的差异,进而引起放电结构的变化.正向氦气流导致放电空间中正柱区和负辉区的带电粒子密度减少,甚至能够使得负辉区逐渐消失.负向氦气流能够使得放电空间负辉区的带电粒子密度增大.通过比较氦气流速与离子迁移速率的差异,分析结果发现,因氦气流导致对流效应,其通过不同方式影响放电空间带电粒子的输运机制,最终引起了放电空间结构行为特性的变化.等离子体密度的增加说明在实际应用中通过控制气流大小和方向可以提高等离子体源的化学活性和工作效率,这对于等离子体在工业领域中的应用具有一定的参考和指导意义.     

氦气试验回路和热气导管性能试验装置

高温气冷实验反应堆（ＨＴＲ－１０）的热气导管和它的同轴外壳，连接肩并肩分开布置的反应堆和蒸汽发生器压力容器，管内、外分别流过从堆芯底部到蒸汽发生器的高温氦气（７００ ℃或９５０ ℃）和反向的低温氦气（２５０ ℃或３００ ℃），它的热性能试验将在氦气试验回路上进行。描述了氦回路和热气导管试验段的技术特征。氦气试验回路由氦回路系统、冷却系统、氦净化、贮存和压力调节系统、氦中痕量杂质的取样分析系统、参数测量、数据采集与监控系统等组成。热气导管试验段具有三层套管式结构，内设氦气内加热器，试验热气导管和冷、热氦混合器，在被试热气导管内外形成７００℃和２５０℃或９５０℃和３００ ℃的加压氦气反向流动环境，用来研究的ＨＴＲ－１０热气导管的高温热性能和在运行工况下的完整性。     

平流层零压气球飞行控制仿真研究

文章在详细分析零压气球几何外形、内外热环境和受力等情况的基础上,建立了零压气球几何、热力学和运动学模型。基于该模型,对零压气球上升-驻空-下降全过程进行了仿真模拟,得到零压气球飞行高度、蒙皮及内部气体(氦气)平均温度、氦气质量、气球体积以及气球飞行速度随时间的变化规律,并讨论了气球充氦量以及放飞时间对气球飞行性能的影响。结果表明:气球在上升过程中,氦气存在严重的"超冷"现象,而在驻空和下降过程中,出现严重的"超热"现象。由于"超冷",气球上升速度曲线呈"W"型变化;中午过后,随着太阳辐射的减弱,气球开始下降,直至降到地面。此外,充氦量及放飞时间直接影响到上升过程中氦气温度和飞行速度,对气球驻空高度影响很小。     

商用高温气冷堆氦气透平循环发电热力学参数分析和优化

随着反应堆出口温度的提高,高效的动力转换技术已经成为(超)高温气冷堆的一个趋势。该文在HTR-10、HTR-10GT和HTR-PM研究的基础上,针对更高的堆芯出口温度,对高温气冷堆氦气透平循环的热力学参数进行分析、优化和设计。通过建立高温气冷堆的数学模型和优化模型,结合更符合工程经验的约束条件,确定了高温气冷堆氦气透平循环的2个设计工况点:1)接近目前工程经验的工况点,堆芯出口温度为850℃,继承HTR-10GT氦气压气机和透平的设计经验,循环压比为2.47,循环效率为47.60%;2)略带前瞻性的工况点,堆芯出口温度为900℃,堆芯入口温度为550℃,压气机压比为2.75,此时循环效率为48.92%。该文还基于这2个工况点对高温气冷堆氦气透平循环参数进行设计,将会对未来开发高温气冷堆闭式Brayton循环提供帮助。     

激波诱导气泡破碎过程的数值模拟

为了对可压缩多介质流动中介质界面的剧烈变化过程进行模拟,采用发展的含拓扑结构改变的大变形非结构运动网格生成方法处理介质界面运动导致的网格畸变及拓扑变化.采用Riemann解构造出Lagrange界面来显式地追踪多介质界面运动.采用改进型虚拟流体方法构造介质界面的边界条件,在介质界面两侧分别求解守恒型的任意朗格朗日欧拉方法方程.对空气激波诱导圆柱氦气泡破碎过程、水中冲击波诱导二维气泡破碎过程进行了模拟,结果表明:该文基于非结构运动网格的多介质界面追踪方法可以有效地处理界面运动引起的拓扑结构改变.     

叶顶间隙与轴向间隙对氦气压气机气动特性的影响

氦气压气机是高温气冷实验堆氦气透平发电系统的关键部件,其气动性能直接影响系统发电效率。氦气压气机径向间隙和轴向间隙对其气动性能有重要影响。该文以氦气压气机模型级为研究对象,采用试验验证过的数值计算方法,研究了叶顶间隙与轴向间隙对压气机气动性能的影响和机理。分析结果表明:减小叶顶间隙会减小泄漏流、回流、二次流,能够提高压气机的压比和效率,当间隙小于0.3mm(叶高的2%)时尤其明显;动叶的偏离设计点的轴向移动会降低压气机的效率,可允许的轴向间隙变化范围为±1.0mm。该研究结果揭示了叶顶间隙与轴向间隙对模型级的影响,可为氦气压气机整机气动性能的研究与优化提供依据。     

冷冻靶黑腔氦气充注过程数值模拟与分析

基于Hagen-Poiseuille公式、耦合气体增压微分方程及气体状态方程,采用Matlab编程的形式建立了黑腔内部气体增压物理模型,针对冷冻靶黑腔氦气增压问题进行了数值模拟与分析。结果表明:在氦气充注过程中采用连续流体模型计算即可满足精度要求;毛细管的通流能力对腔内压力及温升影响剧烈,在氦气初始温度相同的情况下,毛细管通流能力越大,氦气充注速率越大,但同时腔内气体温升较高;设置冷壁制冷变功率策略后,随着冷壁最大制冷功率增加,充气速率降低,腔内温升降低,冷壁最大制冷功率提高0.5 mW,腔内最大温升下降约13 K;氦气的初始温度对充注过程有较大影响,氦气初始温度降低1 K,充气时间减少约0.6 s,腔内气体最大温升降低约0.1 K。所提出的方法可推广至靶内燃料气体充注及腔内抽空流洗情形,从而可为解决腔内气体充注问题提供一种有效便捷的数值模拟方法。     

MHTGR一回路氦气中放射性核素浓度的计算方法

模块式高温气冷堆ＭＨＴＧＲ（简称模块堆）一回路冷却剂氦气中放射性核素浓度的计算是辐射防护设计和环境影响评价的基础。本文根据模块堆一回路氦气中放射性核素的来源和去除机制导出了氦气中放射性核素浓度的计算方法，并得出解析解的计算公式。