我国若干煤的热物理性质研究

导温系数、比热容、导热系数是3种基本的热物理性质,是煤的燃烧、气化、液化、综合利用及处理过程研究中必不可少的.本文着重介绍用激光脉冲加热方法测量这3种性质的方法原理和实验技术以及测试我国若干煤样所取得的结果.测试温度范围从室温到700K.     

超短脉冲激光与等离子体相互作用中产生的轴向磁场的测量

对超短脉冲激光与等离子体相互作用中产生的准静态轴向磁场进行了实验研究.利用Faraday效应,对超短脉冲激光与高密度等离子体相互作用产生的背向散射光的偏振面的偏转角度进行了实验测量,并由此观察到超短脉冲激光与高密度等离子体相互作用产生的轴向磁场强度的空间分布,其最大值高达(170±50) T.这一轴向磁场主要是由等离子体动力学效应所产生的     

热冲击荷载作用下的含球形空腔的广义热弹性功能梯度球形各向同性体

在带两个松弛时间参数的广义热弹性线性理论(Green和Lindsay理论)意义上,研究含一个球形空腔的功能梯度球形各向同性无限大弹性介质中,热弹性位移、应力和温度的求解方法.空腔表面无应力,但承受一个随时间变化的热冲击荷载作用.在Laplace变换域中,给出了一组矢量-矩阵微分方程形式的基本方程,并用特征值方法求解.应用Bellman方法进行数值逆变换.计算了位移、应力和温度,并给出相应的图形.结果表明,材料热物理性质的变化,对荷载响应的影响非常强烈.并与对应的均匀材料进行了比较和分析.     

比热容非常值对高超声速平板边界层稳定性的影响

在高超声速条件下,边界层中气体的温度可能很高,以致气体的比热容不再是常数而与温度有关．这时边界层中的流动稳定性如何是值得研究的问题．采用线性稳定性理论,考虑比热容与温度有关时高超声速可压缩平板边界层的稳定性,并与假定比热容为常值的情况作比较,发现对第一模态和第二模态波的中性曲线、最大增长率都有影响．因此,在高超声速情况下,比热容随温度变化是研究边界层稳定性时必须考虑的一个因素．     

薄板热力耦合的屈曲分析

基于Rayleigh-Ritz理论,采用有限元方法,推导了薄板在热力耦合载荷作用下屈曲临界载荷的表达式.假设力载荷与热载荷同时加载,采用MATLAB编译环境编写的有限元程序求解薄板结构在热力耦合载荷作用下的屈曲临界载荷.在做屈曲分析时,热载荷以温度场的形式施加到节点上.采用非均匀温度场加载,分析了力载荷分量与热载荷分量对薄板结构失稳的影响.研究结果表明,随着给定温度载荷、力载荷的增加或者降低,临界载荷随之增加或者降低,它们几乎呈线性变化.     

热环境中粘贴压电层功能梯度材料梁的自由振动

研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Euler-Bernoulli梁在升温及电场作用下的屈曲和自由振动行为.在精确考虑轴线伸长基础上,建立了压电功能梯度材料层合梁在热-电-机载荷作用下的几何非线性动力学控制方程.其中,假设功能梯度材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,上下压电层为各向同性均匀材料.在小振幅和谐振动假设下,上述非线性偏微分方程组被转化为两套相互耦合的常微分方程组,即过屈曲问题的控制方程和过屈曲构形附近的线性振动控制方程.采用打靶法数值求解上述两个耦合的常微分方程边值问题,获得了在均匀电场和横向非均匀升温场作用下两端固定压电.功能梯度材料层合梁在屈曲前和过屈曲构型附近的自由振动响应.绘出了梁的过屈曲平衡路径以及前3阶固有频率随热、电载荷及材料梯度参数变化的特性曲线.结果表明,梁的前3阶频率在屈曲前随着温度升高而减小,在进入过屈曲后它们却随着温度升高而增加.通过施加电压在压电层产生拉应力可有效地提高粱的热屈曲临界载荷,从而提高其固有频率.     

高效率太瓦级飞秒掺钛蓝宝石激光装置

以国产元件为主自行研制建立的一台超强超短掺钛蓝宝石激光装置. 通过飞秒脉冲振荡器、脉冲展宽器、预放大器等单元系统中的系列新设计,有效地减小了光谱窄化效应、种子脉冲展宽不足、材料色散等问题,在290 mJ的泵浦能量下,得到单脉冲能量36 mJ、压缩脉宽25 fs、 峰值功率大于1.4 TW、能量稳定度优于±3%的高强度激光脉冲.系统的主放大效率大于32%,占用尺寸不到3 m².     

铁磁Pr1-xSrxMnO3外延薄膜的输运性质与负磁电阻行为

利用脉冲激光淀积法生长了外延Pr_1-xSr_xMnO₃薄膜(其中x=0.1,0.2,0.3,和0.4).测量了薄膜样品在零场中与外加磁场下电阻率随温度的变化.对X≥0.2的样品在磁场下观察到负磁电阻效应.在logρ-l/T的坐标中,零磁场下的数据在很宽的温区显现很好的线性关系,具有热激活载流于输运特征.由实验数据线性拟合得到在样品成分0.1≤ X≤0.3范围的热激活能约为0.1eV.从对掺杂锰氧化物的电子结构分析出发,对这一材料的绝缘-金属相变,输运性质和负磁电阻行为进行了讨论.     

脉冲激光制备薄膜材料的机理

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并将理论结果与实验数据进行比较.由流体动力学理论,得出了脉冲激光产生的等离子体的空间输运方程,将此方程与靶材烧蚀率公式结合起来,根据实验数据研究了不同激光功率密度和波长对KTN(KTa_0.65Nb_0.35O₃)薄膜沉积特性的影响,得到了一些有价值的结果,并对结果进行了详细的讨论.     

气体高次谐波的二维半经典理论

描述了原子在激光场作用下电子的运动行为,采用三维静电隧道电离率表达式在高次谐波的半经典理论的基础上解析地给出了二维半经典模型,并利用此模型对高次谐波的许多特点进行了解释（其中包括对电子在激光场中得到的最大能量3.17 U_p的解析推导）.最后解释了在超短脉冲作用下产生的高次谐波阶数很快增高以及最高次谐波谱的反常振荡等实验现象.     

飞秒激光与固体靶相互作用过程中真空加热机制

着重研究了飞秒激光在无预脉冲时与固体靶的相互作用过程. 实验和粒子模拟(PIC)研究表明, 在此条件下, 激光脉冲对等离子体的真空加热和逆轫致吸收是激光能量被吸收的主要机制. 实验中发现电子和X射线能谱均具有双温结构. 较低的电子温度可以归因于激光场对电子的驱动; 较高的电子温度则是由于激光诱导的电场对电子的加速造成的. 对PIC模拟获得的反射激光脉冲的频谱研究显示, 等离子体的密度标长很大程度上决定了激光吸收和电子加速的机制.     

一维He与超短强激光脉冲相互作用的经典模型

采用经典理论研究了一维氦原子与超短强激光脉冲相互作用的动力学过程 .利用经典理论中的系综平均方法 ,对氦原子的一阶和二阶电离几率的时间演化进行了数值模拟 .并对模拟结果进行了分析 .     

基于分数阶热传导方程激光加热瞬态温度场研究

基于分数阶Taylor(泰勒)级数展开原理,建立单相延迟一阶分数阶近似方程,获得分数阶热传导方程.针对短脉冲激光加热问题建立分数阶热传导方程组,并运用Laplace(拉普拉斯)变换方法进行求解,给出非Gauss(高斯)时间分布的激光内热源温度场解析解.针对具体算例数值研究温度波传播特性.结果表明热传播速度与分数阶阶次有关,分数阶阶次增加,热传播速度减小,温度变化幅度增加.分数阶方程可以用于描述介于扩散方程和热波方程间的热传输过程,且对热传播机制与分数阶热传导方程中分数阶项的关系做了深入剖析.     

功能梯度材料Timoshenko梁的热过屈曲分析

研究了功能梯度材料Timoshenko梁在横向非均匀升温下的热过屈曲．在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上,建立了功能梯度Timoshenko梁在热-机械载荷作用下的几何非线性控制方程,将问题归结为含有7个基本未知函数的非线性常微分方程边值问题A·D2其中,假设功能梯度梁的材料性质为沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式．然后采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了横向非均匀升温场内两端固定Timoshenko梁的静态非线性热屈曲和热过屈曲数值解．绘出了梁的变形随温度载荷及材料梯度参数变化的特性曲线,分析和讨论了温度载荷及材料的梯度性质参数对梁变形的影响．结果表明,由于材料在横向的非均匀性,均匀升温时的梁中存在拉-弯耦合变形．     

类氖钛X射线激光实验研究

在“星光”装置上采用预脉冲技术和透-反射线聚焦系统成功地进行了类氛钛x射线激光实验.测量了TiXⅢ,3s-3p,J=0～1激光线的增益系数.首次实验研究了预脉冲能量不同时,激光线强度随泵浦激光能量的变化及其发散角和偏转角.     

双圆柱体结构的热耦合微分方程及其有限元解

针对物体的热耦合问题,给出了内外形式的双圆柱体结构的热耦合分析的基本微分方程,提出了采用有限元进行求解的方法,并给出了具体算例.热耦合是一个复杂的多元微分方程的求解问题.求解得知,热应力分布情况不仅与几何形状有关,也与热载荷与材料物理特性有关,在一定温度变化范围内,物体由于温度变化所产生的等效应力会随温度呈近似线性变化.此外,结构几何尺寸对应力分布变化的影响大于对温度分布变化的影响.     

拉普拉斯变换法求解超短脉冲方程

讨论一类超短脉冲方程,它描述超短脉冲在光纤中的传播现象,利用拉普拉斯变化法,证明了方程初边值问题古典解的存在唯一性,同时也分析了基函数的渐近性质.讨论内容既可为偏微分方程课程教学提供素材,同时也为其非线性方程的进一步研究奠定基础.     

高阶过程对强场自电离的影响

本文采用包含高阶过程的一般模型,系统研究了连续激光、方形激光脉冲和双曲正割型激光脉冲作用下的强场自电离及其光电子谱,着重讨论了高阶过程、脉冲形状以及脉宽的重要影响.     

飞秒激光脉冲掺Er3+光纤放大过程中的高阶孤子压缩效应与增益特性的实验研究 *

报道1 .531 μm飞秒激光脉冲在掺Er³⁺光纤放大器放大过程中产生高阶孤子压缩效应和增益特性的实验研究结果 .采用同向泵浦方式下 ,平均功率146 μW、脉宽480fs的种子光脉冲通过6m长高浓度掺Er³⁺光纤放大后光脉冲宽度压缩为260fs,平均输出功率14.5mW ,对应的单脉冲能量约0.691 nJ ,峰值功率2657.7W ,重复率20.84MHz,同时光谱发生分裂 ;而经过 3m长掺Er³⁺光纤放大后光脉冲的光谱在不同泵浦功率点保持单峰 .实验中还测量到在逆向泵浦下 ,放大后的光脉冲随泵浦激光功率的增加 ,脉宽呈现出反常压缩状态 ,即光脉冲先随泵浦激光功率的增加而压缩 ,当泵浦激光功率为38mW时 ,放大后光脉冲宽度达到最短309fs,接着随泵浦激光功率的增大 ,放大后的光脉冲宽度呈展宽趋势 ,而在不同泵浦激光功率点 ,放大后光脉冲的光谱保持单峰结构 .     

高速激光作用下薄膜的瞬态温升过程及其非平衡热物理性质

本文报道了薄膜非平衡热物性实验研究工作的最新进展,建立了0.1μs脉冲二氧化碳激光高速加热系统、高速光电测长系统及高速红外辐射测温系统,测量系统响应时间可达0.1μs.应用此系统测量了室温范围微秒量级的温度变化过程,在此基础上测量了50μm薄膜的热扩散率,并且观测到瞬态激光加热后薄膜试样的瞬态温升与膨胀的不同步变化.