等离子体电磁加速器中快速电磁阀气体注入特性研究

在注气持续时间短、注入气体质量大的快速电磁阀测量中,采用高频响应压力传感器在电磁阀出口测量了气体的动态压力,通过真空室注气前后的压强差测量了注入气体的质量。研究表明,驱动电流、位移限定以及背景气压对气体注入特性有显著影响。当阀片受到的电磁力远大于背景气压造成的阻力时,增大驱动电流和增大背景气压都会加速流道口气体流动,提高气体注入量;电磁阀最高流速超过当地声速,流道应该设计成扩张式,且流道的长度要求尽可能短;电磁阀的注气持续时间主要由阀片的运动时间以及阀片关闭后气体在流道内扩散速率决定的。     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

放电泵浦XeCl激光器的阻抗测量及其对激光输出特性的影响

本文测量了用脉冲形灾网络洪电的XeCI激光放电的阻抗,给出了1～10个大气压总气体压力下的阻抗特性.实验结果表明,提高工作物质的总气压有利于脉冲形成网络与放电气体之间的阴抗匹配,从而提高注入激光器的电能,另一方面,由于高气压下各种猝灭过程导致XeCI(B→X)跃迁荧光持续时间缩短.根据以上两个效应,得到最佳工作总气压约为4～6个大气压.     

PEMFC电极表面液态水生成的可视化研究

本文设计了一个可视化直流道单片电池,通过高倍高速数字摄影装置观察记录了阴极流道壁面和气体扩散层表面的凝结水出现和成长过程,并分析了电池运行温度,阴极气体压力,气体化学当量比以及气体加湿度等参数对阴极流道内液态水的生成和排出的影响。     

基于吸收光谱和激光干涉技术的气体压力测量方法研究

气体压力光学非接触测量是目前激光技术重要应用领域之一,其中气压测量过程中温度耦合问题是现在面临的研究难点。故而提出一种光谱测量技术与激光干涉技术组合测量方法,通过积分吸光度和折射率融合的方式实现气体压力、温度解耦的目的。分析可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)的直接吸收法测量原理和基于折射率的激光干涉测量原理,建立基于吸收光谱的气压测量模型和基于折射率的激光干涉气压测量模型,通过利用三次多项式拟合吸收谱线强度函数的方式,建立了基于积分吸光度和折射率的气体压力、温度解耦的数学模型。实验搭建了基于TDLAS技术和激光干涉技术的气体压力检测系统,采用中心波长为2 004 nm的可调谐半导体激光器和波长为632.8 nm的激光干涉仪,气室长度为24.8 cm,将CO₂作为研究对象,并以高精度压力控制器和温度传感器的测量结果分别作为压力温度参考值,以真空为背景信号,在室温环境中测量并计算出气体压力变化后积分吸光度值和折射率值,进而解算得到气体压力和温度值。实验结果显示：压力测量结果最大相对误差为3.61%,最小相对误差为0.5%,测量平均相对误差为1.99%;在以开尔文温度为前提下,温度解算结果最大绝对误差为7.66 K,最小绝对误差为0.78 K,测量平均绝对误差为3.29 K,测量结果与参考结果具有较高的吻合度,该研究可为以后光学法测量气体压力温度影响分析提供参考。     

基于流固耦合的压缩机舌簧排气阀数值研究

针对带升程限制器的变转速活塞式压缩机排气阀,利用ANSYS软件流固耦合模块(fluid-structure interaction, FSI)建立了压缩机排气的三维流固耦合模型,得到了排气过程中流体在各个曲轴转角时的压力场、速度场和阀片位移变化曲线。研究表明：气缸内部速度和压力分布不均,阀口处变化程度最大;较小的转速会导致阀片震颤,提高转速后会减小气体波动但会增加压力损失导致阀片延迟开启和关闭,甚至过大的转速会造成排气回流降低压缩机的制冷性能;不同制冷剂对压缩机性能会产生影响。最后,结合对阀片的模态分析得出了该压缩机最佳的运行转速范围,并根据不同制冷剂下阀片的不同状态提出了解决方法。     

痕量气体可调谐激光二极管吸收光谱分析系统在线自校准技术研究

可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是最有潜力的痕量气体在线监测技术之一。受测量原理的限制,其测量结果受温度和气压影响很大,目前多采用现场安装传感器来测量温度和气压信息,以对该误差进行修正。提出了利用在线参考气室对TDLAS系统中温度、气压变化引起的测量误差进行在线自校准;该参考气室内包含标准浓度的被测气体,并带有能变形的压力膜盒,工作的时候,该气室被放置在被测气体工作环境中,能自适应地调整室内气压和温度;在一次扫描过程中同时测得工作光路和参考光路的吸收光谱,并求得二者的吸收谱线强度比,即可得到校准后的被测痕量气体的浓度,无需考虑温度和气压影响;还介绍了这一自校准系统的原理、设计、实验和现场应用。     

气举消除严重段塞流方法的实验研究

在模拟集输-上升管路系统的实验装置上,对消除严重段塞流现象的气举法进行了实验研究.实验结果表明,采用上升管下部注气的方法可以消除严重段塞流现象,实现管道出口气液的稳定流动,减小系统的最高压力,同时可以防止上游水平管内出现高频率的长液塞流动.分析发现,当注入气体流量增大到上升管中流型转变为块状流型时就可以消除严重段塞流现象,而气举法所需的最佳注入气量可以采用流型图来判断和计算.     

外粒子源注入下气体放电过程的模拟研究

利用Geant4程序建立外源注入式、低气压气体开关物理模型,通过模拟计算电子增益与极板间电场强度、电子增益与极板间隙距离的函数关系验证了模型的正确性。计算了气体种类、气体压强对电子增益的影响,分析得到形成自持放电所需最小入射电子数,计算结果表明:在相同的气压及电场条件下,氮气的电子增益远大于氦气,这与氦气的高电离能性质相吻合; 随气压增大,电子增益呈非线性增长; 为实现自持放电,外源注入电子数面密度为1×105~2×105 /cm2。     

波导等离子体限幅器中气体的选择与触发条件计算

 为保护电子设备不受高功率微波损坏,在矩形波导中嵌入等离子体限幅器。计算了不同气体的微波击穿场强随气体压强以及微波频率的变化规律。在高气压条件下（1 333~133 320 Pa）,气体击穿场强随气压增大而增大,在计算的4种气体中Ne的击穿场强最小;低气压条件下（1.333 2~133.32 Pa）,气体击穿场强随气压增大而减小,且Xe具有最小击穿场强。高气压条件下气体的击穿场强明显高于低气压下的击穿场强。计算结果表明：当填充133.32 Pa的Xe时,限幅器能够在约30 km范围内,有效地防护10 GW级高功率微波对电子设备的损坏。     

反作用控制系统电磁阀PWM控制技术研究

针对反作用控制系统（Reaction Control System,RCS）快速响应电磁阀频繁工作的特性,从节能控制的角度出发,设计了一种基于脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术的电磁阀控制驱动方案。建立电磁阀电路模型,通过仿真计算,确定了PWM频率及占空比对电磁阀线圈电流的影响,为电磁阀驱动电路参数的选取提供依据。搭建RCS电磁阀电流测试平台,设定PWM占空比为50%,试验结果表明：流经电磁阀的保持电流仅为开启电流的1/2,既能保证电磁阀正常开启,又避免了电磁阀处于高负载工作状态,有效地验证了该节能控制方案的正确性。     

高恢复压力氟化氘增益发生器技术研究

增益发生器是影响高能氟化氘(DF)化学激光器恢复压力的核心组件,采用传统增益发生器的DF激光器尾气恢复压力约为6.7 kPa。设计了一种紧凑化TRIP型增益发生器,突破了高腔压运转、主气流气幕和激射腔边壁回流抑制等关键技术,实现了DF激光器尾气恢复压力的大幅提高。实验结果表明,在面积比流量为1.3~3.3 g·s-1·cm-2的范围内,随着增益发生器面积比流量的提高,激光器尾气恢复压力有效提高,面积比功率持续增加;在面积比流量为3.3 g·s-1·cm-2条件下,DF激光器可以实现26.7 kPa背压(海拔10 km大气压)下的高效运行。     

电子膨胀阀对电动汽车空调系统的调节特性研究

电子膨胀阀是电动汽车空调系统的主要调控部件,探究其调节特性对于制定系统控制策略具有重要意义.本文搭建了以R134a为制冷剂的电动汽车空调系统实验台,研究了电子膨胀阀调节过程中,空调系统内制冷剂流量和压力的动态变化规律,分析了不同压缩机转速下,阀开度对系统制冷量、空调箱出风温度、压缩机功耗和系统COP等性能参数的影响.结果表明：阀前制冷剂相态是影响电子膨胀阀调节时系统压力变化强弱的重要因素.在阀前制冷剂为过冷液态时,调节阀开度对系统压力影响更大,并且在阀前制冷剂具有较大过冷度(大于10℃)时,下调阀开度会导致短时间的过节流造成系统压力大幅波动;系统中制冷剂循环流量与阀开度呈线性变化趋势,不受阀前制冷剂相态的影响.在实验工况下,100%阀开度对应的制冷剂循环流量为97.2～115.5 kg/h,阀开度每下调10%,系统中制冷剂循环流量下降6%～9%.     

Plasma generation for the plasma cutting process

This study is an attempt to estimate the overall properties, viz. the thermal power and force, of an intense plasma jet produced by a plasma cutting torch, and to relate the properties of the plasma to the diameter of the nozzle of the plasma torch and the flow rate of plasma-forming gas. For cutting metallic plates using a thermal plasma, a narrow plasma jet is produced by means of a transferred electric are between an electrode in a plasma torch and the material to be cut. The power density and pressure exerted by the plasma jet on the material at the region of cut needs to be high so that a straight cut, without dress at the bottom of the plate, can be obtained. A simple theory to describe the behavior of the arc in a plasma cutting torch has been developed to predict the are radius, pressure, and arc voltage at the nozzle exit as a function of are current for a range of nozzle sizes and air flow rates. The results obtained are in good agreement with the measured values for an air plasma cutting torch nominally rated for 100-A operation. The relationships between the mass flow rate of plasma gas, plasma power, and arc force have been discussed in the light of design of plasma torches for plasma cutting     

流动氩气介质阻挡放电特性及振动温度研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在流动氩气中通过改变气隙间距、驱动电源频率和气体流量等研究放电电学特性和振动温度的变化。电学测量结果发现如果固定其他实验条件而只改变某一参数,小气隙间距放电的电流峰值和功率比大气隙间距的高。同样,增大驱动电源频率也能够使放电的电流峰值和功率增加,而增加气体流量使得放电电流峰值和功率减小。最后利用光谱学方法,通过对放电发射光谱中氮分子振动带系的分析,发现振动温度随着放电气隙间距、电源频率和气体流量的变化关系与放电的电流峰值和功率的变化关系基本一致。这些结果对流动气体中大气压介质阻挡放电的应用具有重要意义。     

颗粒流电磁垂直输运装置物理设计

为满足中国加速器驱动的次临界系统(C-ADS) 对于可靠性的要求, 计划采用基于螺线管的电磁垂直输运方案, 将经过质子束辐照后下落的散裂靶颗粒球再次输运至初始高度。基于解析方法对颗粒流垂直输运装置进行了分析和设计, 通过基于螺线管散热、径轴向颗粒流聚散焦效应和互感损耗等方面的考虑, 得到了适合于垂直输运颗粒流的螺线管驱动方式和螺线管构型及排布。利用基于本文解析方法的模拟程序, 对不同输运管道内径、不同螺线管驱动电流和不同螺线管构型和排布下的颗粒流垂直输运装置进行了模拟, 并从中筛选出了该装置的优化设计。模拟表明, 采用该优化设计的输运装置可将质量流量为19.6kg/s的颗粒流垂直输运至40m高度, 并满足颗粒球出口速度足够大的要求。     

空心针-板电极大气压氩气辉光放电的特性研究

大气压均匀放电等离子体在工业领域具有非常广泛的应用前景,它是利用直流电源激励的空心针-板放电装置,以氩气为工作气体在大气压空气中产生均匀稳定的放电。对氩气流量和气隙间距对辉光放电发光特性的关系进行了研究,结果表明放电所产生的等离子体柱连接两个电极,发光较为均匀(观察不到放电丝)。在板电极附近放电等离子体柱直径最大,最大直径随着电流和气流的增大而增大。放电伏安特性研究发现,与低气压辉光放电相类似,两电极间的电压随着电流的增大而减小,并且随气流和气隙间距的增大而增大。对该大气压直流均匀放电在扫描范围为330～450 nm的光学发射光谱进行分析,获得了放电等离子体的分子振动温度和谱线强度比I_391.4/I_337.1随氩气流量和气隙间距的变化关系。I_391.4/I_337.1均随流量和气隙间距的增大而降低。对等离子体柱的I_391.4/I_337.1沿气流方向(等离子体柱轴向)进行了空间分辨测量,并进行了定性分析,结果表明,振动温度及电子平均能量随着远离空心针口距离的增大而增大。这些结果对大气压辉光放电在工业中的应用具有重要意义。     

Glow Discharge Characteristics of Hollow Needle-Plate Electrode in Atmospheric Pressure ArgonSCIEI北大核心CSCD

Atmosphere pressure uniform plasma has the broad application prospect in the industrial field. Using hollow needle cathode - plate anode device excited by direct-current voltage, a uniform and stable glow discharge is generated at atmospheric pressure in ambient air with argon used as working gas. The influence of the experimental parameters (including gas flow rate and the gas gap width) on discharge has been investigated by optical method. It can be found that a glow-discharge plasma column can bridge the two electrodes. The plasma column is uniform, and no filaments can be discerned. Near the plate electrode, the diameter of the plasma column is largest of all positions. The maximal diameter of the plasma column increases with increasing the discharge current or the gas flow rate. Through electrical method, the voltage-current characteristic has been investigated. It has been found that the discharge voltage decreases with increasing the current which is similar with the characteristic of glow discharge in low pressure. It increases with increasing the gas gap width or the gas flow rate. By analyzing the optical emission spectrum scanning from 330 to 450 nm emitted from the direct-current glow discharge, the molecular vibrational temperature and the intensity ratio of spectral lines I-391.4/I-337.1 have been investigated as functions of the gas flow rate and gas gap width. Results indicate that both the vibrational temperature and the intensity ratio of spectral lines I-391.4/I-337.1 decrease with increasing the gas flow rate or the gas gap width. In addition, the molecular vibrational temperature and the intensity ratio of spectral lines I-391.4/I-337.1 have been investigated in spatial resolution along the direction of gas flow(plasma column axial), and give a qualitative analysis as well. It is found that the vibrational temperature and the average electron energy increase with increasing the distance from the hollow needle cathode. These results are important to the industrial applications of glow discharge.     

Demonstration of a neonlike argon soft-x-ray laser with a picosecond-laser-irradiated gas puff target

We demonstrate a neonlike argon-ion x-ray laser, using a short-pulse laser-irradiated gas puff target. The gas puff target was formed by pulsed injection of gas from a high-pressure solenoid valve through a nozzle in the form of a narrow slit and irradiated with a combination of long, 600-ps and short, 6-ps high-power laser pulses with a total of 10 J of energy in a traveling-wave excitation scheme. Lasing was observed on the 3p (1)S(0)?3s (1)P(1) transition at 46.9 nm and the 3d (1)P(1)?3p (1)P(1) transition at 45.1 nm. A gain of 11 cm(-1) was measured on these transitions for targets up to 0.9 cm long.     

PSP measurement of flow fields in a supersonic combustor with a backward-facing step

The mixing fields within a SCRAM-jet combustion chamber are visualized using pressuresensitive paint (PSP) as an oxygen sensor. The experiments are performed in a small supersonic wind tunnel at the National Aerospace Laboratory — Kakuda Research Center (NAL-KRC). The main stream Mach number is 2.4, and the dynamic pressure ratios between the injected gas and the main flow are 0.3, 0.7, 1.1 and 1.5. Three fuel injection nozzles are used; oxygen is injected from the central nozzle and air from the two nozzles at either side. The spread of the injected gas is measured to observe the effects of placing the nozzles in different positions. The results show that the jet has its own independent flow structure, and that little mixing of gases occurs between the flow structures created by each nozzle. When the injection dynamic pressure ratio is increased, the oxygen fraction rises in the recirculation zone and falls in the separation zone downstream of the injection.