低温推进剂与示漏气体的漏率和PPM浓度等效研究

现有漏率检测技术普遍利用示漏气体对密闭容腔的密封性能进行测试。对于贮存液体推进剂的压力容器,由于气体与液体的物性、流动状态不同,示漏气体的漏率不能等同于液体漏率,因而可能造成示漏气体漏率检测合格的产品出现推进剂漏量超标问题。基于Hagen-Poiseuille公式、理想气体状态方程、质量守恒原理和漏孔流态分析,对各种流态下的低温推进剂及气体漏率进行了理论分析,推导了低温推进剂与示漏气体间的漏率等效关系式,并针对液氧、液氢介质和氦气,开展了低温推进剂蒸汽与示漏气体的PPM浓度等效量化研究。得到的漏率等效关系式对于提高低温推进剂漏率检测工作的量化和精细化具有指导意义。     

水合物封闭升温及降压分解气液迁移特性

水合物分解过程产生的气液固迁移特性是影响水合物分解速率的关键要素。基于此,搭建了一套可视化的水合物生长及分解特性研究实验系统,通过该系统对封闭升温及降压分解过程中气液迁移特性进行了研究。实验结果表明,水合物在封闭升温分解过程中的气液迁移主要是通过形成气体通道实现的;同时,水合物分解过程中的气液迁移会造成沉积物的体积膨胀,在封闭升温分解过程中,沉积物体积膨胀率随着分解次数的增加而增加,三次分解膨胀率依次为18. 7%,34. 7%和45. 4%。背压为0. 1 MPa的降压分解中,体积膨胀率为64. 7%,温度迅速下降,并伴随着冰的生成或水合物的再次生成阻碍分解,但是降压依然加速了水合物的分解,使得水合物的总分解速率相对于封闭升温分解提高了20. 5%。实验结果对水合物技术应用具有理论和数据支撑作用。     

核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究

为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响,设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型,给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为0.01℃的测温电路,对原子气室表面不同位置的温度进行监控,获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较,发现误差在5%之内,验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况,获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。     

石英玻璃微球吸收光谱上的结构共振

通过CO2激光器熔融不同直径的熔锥光纤以得到相应直径的石英玻璃微球,利用此微球和熔锥光纤,构造了球微腔耦合系统。实验中利用光腰直径为3.1μm的熔锥光纤与直径为143.1μm的石英玻璃微球进行耦合,通过最大分辨力为1pm的可调谐半导体激光器对该耦合系统进行光谱扫描,发现石英玻璃微球的吸收光谱中出现分立的结构共振峰。利用光学微球腔理论讨论了石英玻璃微球吸收光谱中的结构共振,并用米氏散射理论公式对一阶TE模共振峰的位置以及它们的间隔进行了计算,共振峰位置实验结果与理论结果的误差仅为0.03%,表明实验与计算结果相符。     

基于圆偏振探测光的光纤原子自旋进动检测技术

分析了极化碱金属气室的旋光特性,极化的原子气室宏观上可等效为一种法拉第旋光晶体,其旋光系数与原子自旋进动相关。提出了采用圆偏振探测光测量通过气室的左右旋圆偏振光相位差来实现原子自旋进动检测的思路。基于改进的全光纤反射型Sagnac干涉仪,搭建了光纤原子自旋进动检测系统,通过圆偏振探测光实现了无自旋交换弛豫态自旋进动信号的检测。在原子自旋陀螺仪实验平台上进行了实验验证并实现了陀螺效应,实验结果证明了所提理论的正确性。对陀螺性能进行了初步测试,得到其零偏不稳定性为0.29(°)/h。     

双气室气体检测系统的研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体检测系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得了与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现气体浓度的较高灵敏度测量。利用测量气室和参考气室的二次谐波的比值来消除吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用该系统对CH₄气体进行了实验研究,实验表明该系统的测量灵敏度可以达到0.2×10^-6。     

HL-2A装置气体击穿延迟时间

气体击穿延迟时间实验数据表明,HL-2A装置的气体击穿过程可以用修改了的有电极放电汤森德电离公式,并考虑电子的几何损失来进行描述。     

利用改进的迈克耳孙干涉仪测量空气折射率

在光学平台上搭建迈克耳孙干涉光路,在一光路中加入一透明玻璃气室,通过改变气室内的压强来观察条纹"吞吐"数量,就可以测定空气折射率。本实验通过一根细软管将光路中的玻璃气室与一大气瓶相连接,在不影响实际光路长度的基础上,很大程度上实现将传统的小气室改造放大。另外,采用压力传感器和温度传感器测量气室内的压强和温度,使压强测量结果更加灵敏精确,并实现了对气室内温度的实时监测。利用改进后的迈克耳孙干涉仪测量空气折射率,使实验过程中压强和条纹变化缓慢且稳定,极大提高了实验的灵敏度和测量精度。     

两端开口空间的声场研究

研究了两端开口空间中声压分布同封闭空间和长空间中的不同,比较传统赛宾公式、改进赛宾公式和声线法对这种空间的估计准确度,同时对其中出现非指数衰变曲线进行讨论,分析其产生的原因、影响因素和规律。文中使用声线法进行数值计算,并且通过实验来和数值结果比较,验证结论。研究表明:两端开口空间中的稳态声压分布与封闭空间和长空间明显不同,混响时间的计算不能再使用传统赛宾公式,声线追踪法无法完全准确地估计稳态声压;其中出现非指数衰变曲线的原因经分析为空间内各不同活跃度的小区域之间的声能量耦合造成,而能否被观察到取决于能否满足耦合空间理论中对于双斜率衰变曲线出现的要求,直观上只要观察点和声源距离相差不远,并且不都在空间中央便可观察到明显的双斜率衰变曲线。      

声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究

采用轴对称多弛豫时间格子Boltzmann(LB)方法,研究了圆柱形封闭谐振腔中圆盘形样品的声悬浮过程.模拟结果表明,(001)模式下谐振腔的共振长度L=0.499λ,在谐振腔中心引入样品后共振漂移量δL≈-0.9,这与线性声学理论计算结果基本相符.声悬浮力的LB模拟过程包含了黏滞性效应和共振漂移效应,所获得的模拟结果与理论公式计算值在量值上一致,而且其在细节上更符合实验现象.此外,LB模拟还揭示出了声悬浮过程中的声压波形畸变、声流和声辐射压等非线性声学效应.     

激光熔覆损伤定量评估研究

通过激光熔覆实验、金相实验、残余应力检测及熔覆试件静拉伸实验,研究了激光熔覆试件机械性能的变化规律。实验发现熔覆试件重熔区有粗大的魏氏体组织产生,熔覆过程在熔覆试件内引入残余拉应力,熔覆试件抗拉强度相较于基体试件有一定程度的降低,熔覆试件伸长率相较于基体试件而言有大幅降低,实验结果表明熔覆试件的各类机械性能较基体材料而言有不同程度的降低,即激光熔覆后基体材料产生了一定程度的损伤。研究对此类损伤进行了定量分析,构建了熔覆损伤定量评估模型,为改善激光熔覆质量提供了理论依据。     

高Ra数条件下封闭空间内换热的实验研究

本文对高宽比等于1的大尺寸封闭空间实验台用水作为对象进行了实验研究,获得了急需的高Ra数条件下封闭空间内换热的实验数据。文章分析了现行文献整理实验结果的弊病,探索用新的指导思想来整理实验数据。改变沿用夹层宽度的特性尺度而用换热面高度为特性尺度是一个合理的改进。分别整理冷、热换热面单壁的换热关联式是另一种新的探索。它将有利于揭示封闭腔内换热的内在机理,值得进一步研究。     

耦合器分光比的精确控制

利用矩形近似理论对用熔锥法制作的耦合器分光比进行了分析。结果表明,影响分光比的主要因素为耦合区长度。给出了两者间变化的理论公式,并在实验中得到了证实。CorningSMF28光纤耦合器分光比随耦合区长度变化的实验值为0 04%/μm,实验值与理论值基本一致。通过调节耦合区长度,得到了精确的50∶50分光比的光纤耦合器。     

基于光偏振旋转效应的碱金属气室原子极化率测量方法及影响因素分析

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。碱金属气室为该类器件的敏感表头。碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数,对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。首先对碱金属气室加恒定磁场,利用激光作为检测光,根据光偏振旋转原理,检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角,得到碱金属气室原子密度。然后将碱金属原子抽运,利用激光作为检测光,检测通过气室的偏振光的偏转角,得到碱金属原子极化率。该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度,实现利用一套系统测量两个重要参数,具有快速测量和高灵敏度等特点,简化了实验设备及过程。对两种偏转角进行仿真分析,得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响,根据仿真图得到检测激光波长的可取范围,验证了该方法的可行性。最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响,提出实验对激光器与磁场的要求。     

可压缩流动离散涡方法

推导了可压缩流动旋涡动力学基本方程,并分析了其基本性质。如同不可压流动,在可压缩流动中旋涡同样具有场与物质两重特征。得出了可压缩流中的旋涡诱导速度公式,对Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ方程进行了可压缩修正。基于Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ框架下的粒子方法,求解可压缩流中的胀量项,从而用离散涡模型求解了非定常、不稳定、可压缩流场。数值实验验证了提议的计算方法有效性。并分析了可压缩流动中旋涡运动的特征,与不可压流动的差别。     

区域熔化点掺杂的数学分析

本文对区域熔化点掺杂过程进行了详细的数学分析。得到了点掺杂区熔后杂质沿锭长分布的一系列普遍公式。在本文研究的范围内,利用这些公式,不难写出任意次区熔后锭条上的杂质分布,而不受区熔次数和掺杂点数目之限制。作为一个特例,具体计算了k=0.35,四点掺杂,三次区熔后杂质沿锭长的分布情况,得到:当各掺杂点之位置与掺杂量选取适当时,在总锭长为21.5个熔区长度的料锭中,其16个熔区长度范围内的杂质浓度相对起伏可小于±3.0％。     

激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。     

熔石英材料特性分析及实验研究

对熔石英材料的光学特性进行研究,利用分光光度计得到了不同波长下元件的光透过率、吸收率及其变化规律。通过熔石英材料纳米压痕实验,研究了熔石英材料的机械特性,得到了熔石英晶体的弹性模量和材料硬度。研究了熔石英材料的断裂特性,分析熔石英光学元件超精密加工亚表层损伤形成机理,对亚表层损伤裂纹的结构、组成以及裂纹扩散的形成过程进行了分析和研究。利用纳米压痕实验,模拟研磨加工时,材料表面受单颗粒磨粒静态压印和动态冲击时形貌演变的过程,得到了维氏硬度、断裂韧性及临界压力载荷。     

微米气室铯原子自旋噪声谱

利用自旋噪声谱技术研究了无缓冲气体133Cs原子气室的自旋动力学和展宽机制.在宏观原子气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为高斯分布;在空间局域较强的微米气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为洛伦兹分布.实验测量得到的自旋弛豫速率失谐频率谱的展宽约4 GHz,明显大于宏观原子气室中约度强烈依赖于激光相对于原子共振跃迁的频率失谐;在微米气室中,由于较强的均匀展宽,总噪声的失谐频率谱中心处出现明显的凹陷.通过建立简化的物理模型来计算微米气室的展宽机制,在实验与理论中解释了原子的均匀展宽特性.     

横卧式杨氏模量与组装台秤实验仪的设计

通过对横向放置的钢丝进行受力分析,推导出其杨氏模量的测量公式,进而运用该公式对其杨氏模量进行实验测量.再用该杨氏模量值作为已知参数,利用该钢丝作为压力的应变传感器件,反向设计出一款简易台秤,推导出其测量公式,并用来测定未知物体的重力.此设计将传统的验证性实验项目拓展改进成设计性实验项目,减小了原实验误差,丰富了实验内容.