CFETR环面低温泵冷屏挡板的热屏蔽性能研究

中国科学院等离子体物理研究所(ASIPP)开展了一项研究活动,来评估CFETR环面真空室低温泵中冷屏挡板的热屏蔽性能。采用数值模拟方法,通过设计对照组的方式对不同排布方式下冷屏挡板的热屏蔽性能进行了对比性分析。结果表明：相比于无冷屏挡板结构,布满45度倾斜角的冷屏挡板能够将吸附板表面的辐射热负载降低53.8%;相比于背向阀头的冷屏挡板结构,采用面向阀头的冷屏挡板结构能够将吸附板表面的辐射热负载降低37.5%;当坐标超过0.45 m,冷屏挡板的最大设计间距为30 mm,当坐标超过0.6 m,冷屏挡板的最大设计间距为60 mm,当坐标超过0.94 m,冷屏挡板的最大设计间距为90 mm。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

32×64元硅化铂肖特基势垒红外焦平面列阵的物理设计

本文介绍了国内首见报导的32×64元硅化铂肖特基势垒红外焦平面的物理设计方法。作者从计算探测目标的辐射能量出发,综合考虑了器件的结构、材料和工艺参数,电参数,光学系统参数和响应率的非均匀性,以信嗓比作为焦平面的品质因数进行了性能优化计算。根据系统参数和现有工艺条件,预计焦平面对室温景物成象的温度分辨率优于1°K,这同器件的热象测试结果符合得相当好。     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值.     

制冷型红外焦平面系统冷反射效应的分析与控制

利用光学不变量对焦平面系统进行近轴分析,得到了量化焦平面系统冷反射集中程度和变化率的两个一阶参量。以热辐射理论为基础,推导并总结了冷反射引入温差(NITD)和成像系统参数及环境参数的关系式。以焦距为90mm,视场角4°,F数2.75的中波焦平面成像系统为例,在CODE V软件中对其冷反射效应进行了定量分析,并以一阶参量为约束,实光线追迹辅助验证的方式进行了冷反射优化,优化后光学系统的冷反射降低了70%。在杂光分析软件(ASAP)中根据系统的实际参数对冷反射分布进行了模拟,结果表明对冷反射进行优化控制后,系统的NITD减小到了预设值之下,冷反射效应得到了很好的控制。     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量...     

CF_4在外电场作用下分子结构及激发特性研究

采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G基组下优化基态CF4分子,计算出CF4分子键长、偶极距、Mulliken电荷布居分布、分子前线轨道能量和红外光谱等数据,并且在此基础上采用杂化CIS方法计算CF4分子前9个激发态,得到分子激发能、波长和振子强度。研究得出随着电场强度的增加(电场范围在-0.04～0.04a.u.),CF4分子F2—C1键长随着电场强度增加而增大,其余键长减小,分子偶极距先减小后增加,C1电荷布居数先减小后增大,F2电荷布居数线性减小,F3、F4和F5电荷布居数线性增大,分子能隙逐渐减小,在外电场作用下CF4分子结构对称性破坏,红外光谱吸收峰数量增多,吸收峰吸收强度发生不同改变。分子前9个激发态受电场影响明显,激发能随着电场的增加大致呈现先增大后减小的趋势,激发态波长基本为先发生蓝移现象,后呈现红移现象,振子强度变化剧烈,为从光谱方面研究激发态做出理论计算。     

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合 CFETR 聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通 道的深孔结构方案。对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的 温度分布。结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好。在输出辐射功率相近的条件 下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上限由 0.05 提高到 0.075,能用低表面辐射率和低活化性材料如铬和钨元 素作为冷屏表面涂层替代银涂层。     

基于参数化模型的内冷屏设计优化流程的开发

在中国聚变工程实验堆(CFETR)集成设计平台(CIDP)的设计框架中,基于参数化模型开发了能够高效开展内冷屏设计优化的工作流程。通过OPTIMUS 软件驱动CATIA、ANSYS 等CAD/CAE 软件进行自动建模及有限元分析,利用响应面模型、敏感度分析等方法确定与优化目标关系密切的参数,该流程根据内冷屏的参数化模型的几何参数驱动优化流程得到满足设计判据的优化设计参数。在应用示例中,考虑到等离子体破裂工况下冷屏的安全运行要求,在电磁-结构分析得到的应力满足设计判据的前提下,通过优化几何参数使内冷屏的质量最小,从而降低建造成本、提高经济性。     

基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法研究

针对两点温度定标算法在应用过程中曝露的问题,提出了基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法.该算法先对图像进行非线性压缩,转换为线性图像,再利用红外焦平面阵列探测元的响应特性与积分时间之间的关系,采用改变积分时间的方法拟合红外焦平面探测器的平均响应特性曲线,进行两点校正,然后对结果进行取指数操作,即得到原图非均匀校正后的图像.分别利用两点温度定标法和变积分法对航拍红外图像进行校正效果验证,同时进行了不同校正算法的非均匀性适应性评价实验.实验结果表明新算法计算量小,校正准确度高,反应速度快,并在一定程度上解决了大动态范围下响应非线性对校正性能的影响,具有很好的工程应用价值.     

基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法研究

针对两点温度定标算法在应用过程中曝露的问题,提出了基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法.该算法先对图像进行非线性压缩,转换为线性图像,再利用红外焦平面阵列探测元的响应特性与积分时间之间的关系,采用改变积分时间的方法拟合红外焦平面探测器的平均响应特性曲线,进行两点校正,然后对结果进行取指数操作,即得到原图非均匀校正后的图像.分别利用两点温度定标法和变积分法对航拍红外图像进行校正效果验证,同时进行了不同校正算法的非均匀性适应性评价实验.实验结果表明新算法计算量小,校正准确度高,反应速度快,并在一定程度上解决了大动态范围下响应非线性对校正性能的影响,具有很好的工程应用价值.     

中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析

论述了红外折衍混合消热差光学系统的设计原理与方法,利用衍射光学元件特性进行消热差与色差,设计出工作波段为3.5μm~5.2μm、F数为2、焦距为100 mm、全视场角7,°具有100%冷屏效率的折衍混合消热差光学系统。对系统进行杂光分析,理想成像光线的像面辐照度为1.5×104W/m2,其他非成像光线的像面辐照度为2 W/m2。该系统在-50℃~80℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为30μm、像元数320×256的致冷型红外焦平面阵列探测器。     

基于场景的红外焦平面阵列非均匀性评价方法

针对红外遥感图像非均匀性的定量评价问题,研究了基于场景的红外焦平面阵列响应非均匀性的定量评价方法。利用真实红外遥感图像序列量值分布的特点,针对小序列图像提出了基于序列排序和小波变换的标准图像构建算法;结合非均匀性评价指标,提出了利用构建标准图像的响应非均匀性对红外图像的非均匀性进行定量估计;分别利用黑体定标实验和统计方法对标准图像构建算法进行了验证,同时进行了不同校正算法的剩余非均匀性评价实验。结果表明,128frame序列构建得到的标准图像的非均匀性分别比同温黑体图像小0.92%,比统计标准图像大0.59%。该方法可用于定量估计红外遥感图像的非均匀性。     

3.7 μm～4.8 μm波段折/衍混合红外光学系统的无热化设计

研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法,在设计中引入了热差互补的设计思想,将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件,设计出工作于3.7 μm～4.8 μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70 mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜.该系统在-40 ℃～60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元大小为15 μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用.     

非均匀矩形产热体对流传热构形设计

针对电子器件非均匀发热问题,建立考虑流体流动和传热的三维非均匀矩形产热体模型,以综合考虑(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标,基于有限元方法对冷却流道直径和宽高比进行优化,得到矩形单元体在不同产热分布条件下的最优构形。结果表明:综合考虑传热性能和压降损失的复合函数对无量纲流道直径存在极值;当单元体个数从10增加到30时,复合函数的最小值减小了 16.7%;以双自由度对矩形非均匀产热体开展构形设计可进一步提升对流传热的综合性能;提升矩形产热体内部产热的均匀性有益于降低传热过程中的(火积)耗散率,设计人员以综合衡量(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标时应尽量将发热元件均匀布置在矩形产热体内。     

光学拼接焦平面空间相机的相对辐射定标EI北大核心CSCD

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。     

肋片-凹槽通道内的流动与换热特性数值研究

本文数值研究了肋片和凹槽共同作用下矩形通道内的流动与换热特性,分析了肋片高度沿展向的分布情况对通道热力性能的影响。文中选取了五种肋片结构,它们具有不同的高度分布和相同的横截面积,从结构1到结构5,肋片中心高度逐渐增加,其中结构3的肋片具有均匀的高度分布。研究结果表明:高度沿展向分布不均匀的肋片会产生反向旋转的涡对,这些涡对能够卷吸主流中心冷却空气输送到高温壁面,同时吹扫凹槽内的低速热空气,增加凹槽近壁面处的气流速度,从而强化加热面的换热性能;并且,肋片高度沿展向变化越大,旋涡结构越强,强化换热效果越显著;肋片中心高度最高的结构5提供了最大的努塞尔数、摩擦因子以及热力性能因子。     

导流罩对冷风机性能影响的实验研究

在不同风机频率及导流罩进出风口弧度半径下对冷风机进行实验测试,得出不同进出风口导流罩弧度半径对冷风机风量及迎风面均匀性的影响规律。结果表明:导流罩进风口更换为弧度半径R_(a,i)为0.1圆弧接口,不同频率下风机风量的提升幅度均10%,且在R_(a,i)为0.3时冷风机的风量达到最大,增幅均13%;迎风面的风速标准偏差随导流罩进风口弧度半径的增大而减小;导流罩出风口弧度半径R_(a,o)为0.4时冷风机的风量达到最大,整体增幅约8%,略低于进风口弧度半径对冷风机风量的影响;在导流罩出风口弧度半径R_(a,o)为0.4时,冷风机迎风面风速均匀性达到最佳。因此,增加导流罩进出风口弧度半径可不同程度增加冷风机风量,提高风速均匀性,改善冷风机性能。     

光学拼接焦平面空间相机的相对辐射定标

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。     

最大熵原理在概率分布预测中的应用

文章在信息熵的理论基础上,给出了求解最大熵问题的一般表述。应用最大熵原理,在信息缺失的条件下可以最大效率地实现对全局进行判断和决策。以打靶运动中运动员不同环数的分布概率为例,将最大熵问题归结为数学模型中常见的优化类线性规划问题,利用Lingo软件求解。首先分析了高分环数对运动员提高成绩的限制。然后给出了不同平均环数下最大熵值的变化,探究了不同最大熵值下概率的均匀性与对称性规律。从简单的模型出发得出最大熵值越大表明概率分布越均匀,以及熵值可以体现系统概率分布上的一致性的结论。