氨工质脉动热管的可视化启动和传热性能研究

开展了以氨为工质的脉动热管的可视化启动和传热性能实验研究.实验所用6弯脉动热管由石英玻璃制成,玻璃管外径和内径分别为6和2 mm.通过可视化手段观测脉动热管的流型转换特征和启动特性,并重点研究了脉动热管在不同倾角下的温度波动趋势和热阻分布规律.结果显示,氨工质脉动热管在任意倾角下都能顺利实现启动.运行稳定后其整体热阻可以低到0.02℃/W,表明热量能够十分迅速地从热端传到冷端,并且热阻随着倾角的增大而减小.     

双储液器环路热管工作不稳定性实验分析

对双储液器环路热管运行中出现的温度迟滞、倒流及温度波动等不稳定现象进行了描述和解释.实验发现,在热载荷递增和递减循环实验中,双储液器环路热管在可变热导区内的工作温度并不一致,功率递减时的工作温度偏低;姿态对出现温度迟滞现象的热载荷范围有一定影响;热载荷变化幅度对温度迟滞的影响并不大.倒流现象不仅发生在蒸气槽道充满液体的小热载荷启动过程,蒸气槽道存在蒸气的小热载荷启动过程中也可能发生工质倒流;工质倒流的原因主要是芯内蒸发或者蒸气瞬间穿透毛细芯,使得芯内压力高于芯外压力.温度波动现象可能发生在小热载荷启动或者较大热载荷的亚稳态运行过程中,尤其当有液体引管穿过的储液器位于蒸发器上方时,温度波动发生的几率较大.     

常重力和低重力条件下气液两相流实验研究

实验研究了常重力和低重力条件下水平方管内水气两相流型特征及其相互转换条件, 实验中均观察到了泡状流、弹状流、弹-环状过度流及环状流等流型. 发展了半理论Weber数模型以计入截面形状对弹状流-环状流转换的影响, 较好预测了实验观测结果. 此外, 滑移流率模型可成功预测大Froude数水平两相泡状流-弹状流间的转换边界.     

电液动力微泵的制作及实验研究

提出一种基于MEMS加工技术的新型电液动力微泵,介绍了电液动力微泵的工作机理和分类;从材料的选取,微电极的优化设计及电液动力微泵的封装工艺几方面介绍了电液动力微泵的制作过程;进行了针对不同工作流体和微通道尺寸的电液动力微泵的静压力实验和流动试验.实验结果表明:当施加90V驱动电压时,微泵最高能得到268Pa的静压头,微泵驱动流体的最大流速可以达到106μL/min;本文分析了微泵与热管相结合解决大功率电子芯片的散热问题前景,微泵所驱动的液体在热管的蒸发段完全气化,可实现的最大散热能力可达到87W/cm2.     

环路热管启动特性的实验研究

通过大量的实验研究了蒸发器内气液分布、反重力工作高度、启动热载荷的大小、热沉温度等因素对启动的影响, 描述并分析了4种不同蒸发器内气液分布情况下的启动现象, 给出了系统温度变化曲线图, 分析了启动的难易程度. 根据实验数据得出结论: (ⅰ) 对于液体干道内充满液体的启动情况, 储液器温度上升的主要原因并不是漏热, 而是回路压力升高所致. (ⅱ) 热载荷大有利于启动. (ⅲ) 未完全绝热时小热载荷下热沉温度不影响启动. (ⅳ) 环路热管在反重力情况下启动时, 当蒸汽槽道存在蒸汽时, 所需启动时间、启动温升增大; 而蒸汽槽道充满液体时, 所需时间、过热度和启动温升都减少. 实验还观察到了反重力启动时呈现两种启动方式的特别现象.     

墙面及天花板上大壁虎脚趾作用力测试和脚掌形态研究

用3维运动作用力测试系统测量大壁虎在墙面和天花板上稳定运动时的脚趾作用力,分析了脚趾力的变化与壁虎运动的关系;用高速摄像跟踪观察壁虎在稳定运动时脚趾行为,获得壁虎在墙面、天花板上运动时脚掌形态特征;揭示大壁虎在墙面及天花板上稳定粘附的形态学和接触力学规律.结果表明：在墙面和天花板接触表面内脚趾的面力与脚趾的夹角分别为12.6°和3.1°,垂直于接触表面的粘附力足以平衡重力引起的翻转矩或重力;壁虎第1和第5脚趾产生方向相反的力,在接触面内形成冗余结构,提高接触的可靠性和稳定性;墙面与天花板表面运动中脚趾作用力与运动表面的夹角近似相等（约20°）;壁虎在天花板运动时,脚趾作用力明显大于在墙面运动时的脚趾作用力;上述结果可以启发仿壁虎机器人脚掌的控制与设计。     

阿尔法磁谱仪中环路热管旁路阀的工作特性研究

阿尔法磁谱仪（AMS-02）采用环路热管将低温冷却器的热量释放至太空.环路热管的旁路阀可以确保低温冷却器温度始终不低于运行温度下限（？20℃）.本文对阿尔法磁谱仪中环路热管旁路阀的工作特性进行了研究.结果发现,环路热管旁路阀能够按照预期成功启动,低温冷却器温度稳定,与设计值相吻合.本文还对旁路阀的3种运行模式进行了分析,发现了环路热管旁路阀设定点温度和调节点温度的漂移规律.     

沿岸流不稳定运动对边缘波影响的实验研究

利用小波变换分析了1:100和1:40平直斜坡不规则波条件下沿岸流不稳定运动对边缘波的影响;沿岸流不稳定运动在垂直岸线方向和沿岸线方向时空变化特性;坡度对沿岸流不稳定运动的影响;沿岸流不稳定运动在实验室内的可重现性.结果表明:边缘波可以和沿岸流不稳定运动同时在垂直岸线方向和沿岸方向存在.在垂直岸线方向边缘波(波动周期20 s)的能量分布比沿岸方向更加明显,并且不会和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)有能量交换.而在沿岸方向,边缘波(波动周期20 s)的能量不再像垂直岸线方向更加周期性的出现,而且还和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)的能量有交换,特别是在均值沿岸流最大值附近.在时均沿岸流最大值附近,沿岸流不稳定运动获得能量的时间最早,而从这个位置向向岸和向海方向则开始逐渐延后;从地形影响角度看,坡度增大使得沿岸流不稳定运动在垂直岸线和沿岸方向的能量增强,并且在沿岸方向增大的程度要大于垂直岸线方向的.通过实验结果分析,相同实验条件下沿岸流不稳定运动有一定的可重现性.     

嵌有离子选择性膜的微通道内增强电渗流及除盐效应分析

离子选择性纳米多孔膜材料在分子分离、海水淡化、生物分子富集、电池等诸多科学工程领域都有着非常重要的应用.本文通过数值仿真分析嵌有阳离子选择性膜的带电微通道内增强电渗流以及系统的除盐效应.结果表明,当浓度为1 mmol L~(-1)的KCl溶液在40 V cm~(-1)的外电场驱动下流过长60μm、宽10μm的微通道时,如果在通道中心离子选择膜性上加25 mV的跨膜电压,除盐效率约为29%;而当跨膜电压为250 mV时,除盐效率则高达89%.流体运动方面,在低跨膜电压下,通道内流体运动由传统电渗流主导,压力流主要用于平衡通道上游与下游电渗流速度的差别.然而在高跨膜电压下,膜表面附近生成很强的非线性涡流,进而形成泵效应;通道内流体运动则是压力流为主导,通道上下游均呈现带滑移边界的压力流特征.对照等参数的无膜通道,嵌膜系统在跨膜电压为400 mV时可以实现15倍以上的流速.本文所揭示物理机制可为新型微泵以及海水淡化装置的设计及优化提供重要的指导.     

热汽泡驱动无阀微泵操作特性的数值模拟

本文使用CFD软件FLUENT,研究了一种新型电加热方法产生热力汽泡驱动的无阀微泵．得出了不同加热壁面过热度下泵流量和泵压与驱动频率的关系．无阀微泵200μm深,驱动腔为直径1mm的圆腔,一对最窄为30μm最宽为271μm、张角7°的微扩管被分别连接到驱动腔,工质为甲醇,采用层流模型．研究表明不同加热壁面过热度有不同的最大流量驱动频率,在过热度为△T=15℃时,最大体积流量为9．02μL／min,最大的泵压为680Pa．随着壁面过热度增加,包含汽泡生长和冷凝周期的时间会变长,导致泵送的流量受到显著影响;不同的壁面过热度有不同的最佳驱动频率,过热度增加,最大的泵送流量和压力会增加而且有相似的变化趋势,最佳驱动频率会降低;供液期较泵送期长．     

利用光子晶体抑制大气窗口发射辐射的优化设计及实验研究

利用传输矩阵法讨论了光子晶体对大气窗口（8～14μm）内发射辐射的抑制作用.根据材料的光学特性,选择了Ge与ZnS作为光子晶体的组成材料.对光子晶体的结构进行了优化,优化值为Ge与ZnS的厚度分别为0.63和1.11μm,光学厚度比为1：1,周期数为8.利用蒸发镀膜制备了光子晶体,并对制得的光子晶体的光学性质进行了测定,验证光子晶体对大气窗口发射辐射的抑制作用.     

堰塞坝漫顶溃决机理与溃坝过程模拟

堰塞坝作为自然作用的产物,由于其自身特点,极易发生漫顶溃决.基于小比尺堰塞坝溃决模型试验与唐家山泄流现场实测资料揭示的堰塞坝漫顶溃决机理,建立了一个堰塞坝漫顶溃坝过程数学模型.模型基于堰塞坝的几何特征和坝料物理力学特性,统一分析坝顶与下游坡溃口的发展,并充分考虑堰塞体沿河流运动方向的形态变化;模型可考虑坝体的单侧与两侧冲蚀、不完全溃坝与坝基冲蚀等溃坝模式.选择唐家山堰塞坝泄流案例对模型的合理性进行验证,通比对峰值流量、溃口最终宽度、峰值流量到达时间等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差在10%以内;另外,计算获取的溃口流量过程和库水位变化过程与实测值基本吻合,验证了模型的合理性;参数敏感性分析结果显示,残余坝高、冲蚀系数等参数对溃坝过程具有重要影响,单侧或两侧冲蚀对溃坝过程影响较小.     

非晶金刚石纳米棒阵列制备及其场发射性能

采用磁过滤等离子体结合氧化铝模板技术制备了具有优异场发射性能的非晶金刚石纳米棒阵列膜. 显微分析表明, 阵列棒分布均匀, 棒密度达10⁹ cm^–2. 场发射性能测试表明, 其最低阈值电场为0.16 V/μm, 在2 V/μm较低电场值下可获得最大电流密度180 mA/cm², 并且发射电流在长时间内非常稳定. 利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和场发射测试装置等手段对样品的形貌、内部结构以及场发射性能进行表征. 初步探讨了非晶金刚石纳米棒阵列场发射机理.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用厚壁空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用厚壁（5～10μm）空心玻璃微球（Hollow Glass Microsphere,HGM）的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了玻璃配方发泡剂种类和含量、炉内载气组分、压力和温度对厚壁HGM制备过程及其壁厚的影响.结果表明,针对厚壁HGM在炉内成球过程中停留时间短的特点,需要对玻璃配方以高表面张力和低高温粘度为目标进行优化设计,需选用分解温度高和分解速率慢的发泡剂,并对发泡剂含量进行精确控制.提高载气中氩气的体积比例有利于增加HGM的厚壁.由于载气压力可调范围有限,提高载气压力不能显著增大HGM的壁厚.升高载气温度将减小HGM的壁厚,但有利于提高HGM的品质和合格率.当载气中氩气的体积分数在80%～95%、载气压力在1.0×105～1.25×105Pa、炉温在1600°C～1800°C时,能制备得到壁厚5～10μm、直径200～300μm的HGM,其球形度、壁厚均匀性和表面光洁度较好,但合格率还有待进一步提高.厚壁HGM的抗压强度、抗张强度和对氘气的渗透系数都随着壁厚的增大而逐渐下降.     

微管内流场的可视化实验研究

以蒸馏水作为工质, 龙胆紫溶液作为着色剂, 对内径为520和315 μm的石英玻璃管内的流动做可视化实验研究以研究其流态. 经光学显微镜放大后由CCD相机拍摄, 得到了在不同Reynolds数下, 石英玻璃管内流动的流型图, Re数在200~2300间的微管进出口压力差也同时被测量来表征微管内的摩擦阻力系数. 实验结果清楚表明, 微管内部流动处于小Re数时, 微管内部的流动基本处于层流态, 其摩擦系数与常规尺寸下的经典理论解基本一致. 当Re数大于1200~1500时, 微管内流态已经由层流向紊流开始转变, 同时, 其摩擦阻力系数已偏离经典层流理论解. 当Re数达到1500~1800左右时, 微管内的流态基本上全部处于紊流态.     

汶川地震唐家山堰塞引流除险工程及溃坝洪水演进过程

本文介绍由汶川地震诱发的唐家山堰塞湖的风险分析、抢险工程措施以及除险效果.该堰塞体平均坝高105m,库容3.2亿m^3,估计溃坝洪水洪峰至少可达48000m^3/s以上,会对下游造成巨大灾难.为此,开挖了深13m、底宽8m的明渠,成功地实施了一次泄流除险工程.大坝以洪峰流量为6500m^3/s的一次洪水过程下泄了1.6亿m^3水量,残留库容仅0.897亿m^3,堰塞体形成了底宽平均大于100m新河道,可以安全下泄200年一遇的洪水.唐家山堰塞湖除险工程的成功实施为今后处理同类自然灾害积累了宝贵的经验和科学资料.     

大倾角综放工作面粉尘运移速度变化规律及影响因素分析

大倾角综放工作面内的粉尘运移过程主要受重力和拖曳力的作用。通过对其进行受力分析,分别建立了沿工作面方向和垂直工作面方向上的粉尘运动速度模型,研究其变化规律。结果表明:在拖曳力和重力作用下,风速、工作面倾角、粒径是影响粉尘运动速度的主要因素;沿工作面方向上,在0~0.2 s内,粉尘运动速度快速增加至接近于风速,且倾角和风速越小,逼近趋势越明显;沿垂直工作面方向,粉尘粒径越大、倾角越小,最终稳定沉降速度越快,5μm粒径的粉尘颗粒在工作面45°倾角条件下的沉降速度为0.36 m/s,与实际相符。研究结果为更好地采取措施降低采煤工作面粉尘浓度提供了理论支持。     

基于S-CO2循环和ORC耦合的燃煤发电系统烟气余热深度利用方案研究

多级压缩回热能够显著提升超临界二氧化碳(S-CO₂)循环效率,然而当其应用于燃煤发电领域时,由于回热程度的提高,锅炉尾部烟气余热吸收困难.针对这一问题,本文构建了一次再热三级压缩S-CO₂循环(TC+RH)和有机朗肯循环(R123)深度耦合的联合循环,通过优化系统与环境间的能量流动过程,逐步提高系统性能.首先通过ORC同时逐级吸收S-CO₂循环冷却器与锅炉烟气热能,降低锅炉排烟温度、提高锅炉效率.在S-CO₂循环主气参数为620°C/30 MPa时,排烟温度从132°C降低到123°C,系统发电效率从47.13%提升到47.24%.引入有机朗肯循环(ORC)构建的联合循环可以有效地吸收锅炉尾部烟道烟气余热,获得更高的锅炉效率从而使系统发电效率提高.进而在耦合ORC的基础上,充分利用S-CO₂循环冷却器变温放热特点,通过空气与R123共同吸收冷却器内高温段热量,实现系统发电效率的进一步提高(47.24%～48.90%).本文为同时实现高效吸收锅炉尾部烟道烟气余热以及回收循环冷却器...     

印度高技术中心的激光与粒子加速器研究

在印度前总理英迪拉甘地亲自关心下建立的印度高技术中心,主要从事激光和粒子加速器研究.目前已建立了2×1012W的四路钕玻璃激光振荡放大链,用于激光等离子体研究;建立的两台同步辐射源,临界波长分别为3.8A和61A,主要用于显微照相,光刻和微型机械元件加工等领域.     

骨性面神经管多层螺旋CT曲面重组测量与临床应用

目的 探讨多层螺旋CT曲面重组成像对面神经管的应用价值及其技术要点.方法 用GE lightspeed 16螺旋CT对23例病人行螺旋扫描,在工作站上行多平面重组及曲面重组,测量面神经管的总长度及迷路段、鼓室段、乳突段各段的长度、直径及第一膝、第二膝的角度.观察病变对面神经管的影响.结果 面神经管迷路段、鼓室段、乳突段及总长分别为5.58±0.74mm、10.11±0.79mm、12.47±1.01mm、28.73±1.07mm;面神经管各段管径分别为:膝状神经窝2.37±0.63mm、鼓室段1.03±0.16mm、乳突段1.57±0.31mm;面神经管第一、二弯曲角度分别为76.1°±4.65°、108°±11.38°.CPR可清晰显示病变段面神经管,显示率达81.8%.结论 多层螺旋CT曲面重组可在一幅图像上清晰显示双侧面神经管,对面神经管的解剖变异、先天畸形、外伤、慢性中耳炎并发症胆脂瘤累及面神经管提供有价值的信息.