高能光源BPMS独立支架系统设计

高能光源(HEPS)要求束流轨道稳定性达到0.1 μm。束流位置探测器系统(BPM)作为储存环的重要系统,其测量数据在监测和实现束流轨道稳定中具有重要作用,需要具有长期稳定性。为抑制由于机械振动、环境温度变化导致的机械形变等对BPM探头机械稳定性的影响,需为BPM探头设计独立稳定的支撑系统,使其具有较高的固有频率、较小的振动放大比和较小的温度形变。本文首先考虑温度形变,选取具有良好温度稳定性的Invar36合金作为支架的主体结构材料;为加工及安装方便,杆板结构选作支架模型,通过仿真测试寻找最优结构;利用ANSYS软件中拓扑优化寻找限制空间内实现最大固有频率的模型结构,为支架设计做指导;加工支架实物,并在实验室测量。支架实验室测量结果与仿真结果进行比较,进而优化安装方式。在四种安装方式下对支架进行测试,为支架在光源实地安装提供参考。     

超级质子-质子对撞机束屏内气体密度演化规律研究

真空稳定性问题是粒子加速器设计中的关键问题之一,对高能量的超级质子-质子对撞机而言更是如此.质子束流在弯转区产生的同步辐射将会引起束屏壁面吸附的气体分子发生解吸和裂解,从而引发真空不稳定问题,导致束流品质和寿命的降低,甚至引起束流的崩溃.本文通过建立超级质子-质子对撞机束屏内的气体动态模型,首次计算分析了束屏内气体密度随束流运行时间的演化规律,并探究了将非蒸散型吸气剂涂层应用于束屏设计的优化方案.结果表明:H_2是束屏内的主要解吸气体,其次是CO,而CO_2和CH_4分子密度被分子裂解所限制.束屏内最高气体密度出现在运行初期,气体密度随时间呈下降趋势.考虑到非蒸散型吸气剂涂层具有强化吸附降低解吸的特性,讨论了不锈钢镀TiZrV涂层的束屏方案,计算得到最高等效H_2密度相比不锈钢镀铜降低接近两个数量级.计算结果定性地反映束流运行过程中束屏内的动态真空演化情况,可为真空系统设计提供参考.     

高能质子束流强度绝对测量的二次电子补偿原理研究

高能质子入射到金属接收体表面诱发的二次电子直接影响束流强度的测量精度,如何消除二次电子影响是实现束流高精度测量的关键.根据高能带电粒子在金属表面诱发二次电子发射理论,对高能质子束流强度测量的二次电子补偿原理进行了研究,设计了二次电子补偿结构.采用三块金属极板构成的实验装置在高能质子源上开展实验研究,实验测得在中间极板上输出的电流与入射质子束流强度的比值小于0.7%,中间极板上二次电子得到补偿,验证了二次电子补偿原理的正确性.研究表明,采用设计的二次电子补偿结构对高能质子束流强度进行测量时二次电子贡献小于1%.     

基于(火积)耗散率最小的复杂肋片对流换热构形优化

基于构形理论, 以基于(火积)耗散率定义的当量热阻最小为优化目标对复杂肋片进行构形优化, 得到同时考虑肋片导热和对流换热(火积)耗散性能的肋片最优构形, 并比较不同形状和不同优化目标下的肋片最优构形. 结果表明: 存在最佳单元级直肋、中部空腔以及肋片末梢高度和长度比使得复杂肋片当量热阻取得三重最小值. 当量热阻最小的复杂肋片最优构形与T-Y形肋片最优构形相比, 复杂肋片结构使得肋片整体传热性能大大提高. 当肋片传热为二维传热且根部较宽时, 肋片根部温度越不均匀, 当量热阻最小和最大热阻最小的复杂肋片最优构形差别越大. 在保证热安全性的前提下, 工程上对肋片进行优化设计时可选择当量热阻最小的肋片构形设计方案以降低其平均传热温差、提高整体传热性能. 本文从传热优化角度为复杂肋片的优化设计提供了参考.     

低温圆截面直肋结霜工况下的传热研究

通过对低温圆截面直肋在自然对流下的结霜研究,得出肋片在低温下的结霜特点和传热特性。空气相对湿度对结霜起主导作用,同一空气相对湿度下,霜层主要参数都在相仿的数值范围内变化。肋基温度对霜层生长的影响较小,但仍存在一种随着肋基温度的降低,结霜厚度随之增加的微弱趋势。随着空气相对湿度的增加,霜层厚度增大,但通过霜层的热通量和传热比反而增大,霜层物性对霜层的传热起决定性影响。     

基于超材料的平板二维定向传热结构设计

基于变换热力学, 采用坐标斜变换和旋转变换得到定向传热结构单元的热导率分布表达式, 并利用隔热材料和铜分层排布实现了定向传热结构单元. 将定向传热结构单元周期性排列, 得到二维平板定向传热结构. 数值计算结果表明: 当外部热流流向该结构上表面时, 热量主要向两侧流动, 从而使上下表面保持低温. 与同厚度二氧化硅气凝胶隔热材料相比, 上表面温度降低33.3%, 下表面温度降低4.3%, 而侧面温度上升40.1%. 定向传热结构上表面温度的降低表明能够及时导走热量, 从而降低上表面的红外辐射; 下表面温度的降低说明定向传热结构比二氧化硅隔热材料具有更好的隔热效果; 上表面热量主要向两侧传输造成侧面温度急剧升高, 有利于热能的有效利用. 定向传热结构在红外隐身、热防护领域具有潜在的应用价值.     

封装对大功率半导体激光器阵列热应力及Smile的影响

提出一种采用双铜-金刚石的"三明治"封装结构,利用有限元分析方法研究了其与传统的Cu+Cu W硬焊料封装结构激光器的热应力与Smile.对比模拟结果发现新封装结构热应力降低43.8%,Smile值增加95%.在次热沉热膨胀系数与芯片材料匹配的情况下,使用弹性模量更大的次热沉材料,可对芯片层热应力起到更好的缓冲作用.以硬焊料封装结构为例,分析了负极和次热沉厚度对器件Smile的影响.结果表明负极片厚度从50μm增加到300μm,器件工作结温降低2.26℃,Smile减小0.027μm,芯片的热应力增加22.95 MPa.当次热沉与热沉的厚度比小于29%时,Smile随次热沉厚度增加而增加;而当次热沉厚度超过临界点后,Smile随次热沉厚度增加而减小.当次热沉厚度达到临界点(2300μm)时,硬焊料封装的半导体激光器具有最大的Smile值3.876μm.制备了Cu W厚度分别为300μm和400μm的硬焊料封装976 nm激光器,并测量了其发光光谱.通过对比峰值波长漂移量,发现Cu W厚度增加了100μm,波长红移增加了1.25 nm,根据温度和应力对波长的影响率可知应力减小了18.05 MPa.测得两组器件的平均Smile值分别为0.904μm和1.292μm.实验证明增加Cu W厚度可减小芯片所受应力,增大Smile值.     

肋片板式蒸发冷凝器传热性能及优化研究

提出一种肋片板式蒸发冷凝器,主要研究肋片间距和肋片高度对工质强化传热和阻力性能的影响。计算与优化结果表明:肋片高度从12 mm增大到20 mm时,出口温度降低8.98 K,压降却增大三倍;肋片间距从40 mm增大到7 mm,温度下降1 K左右,压降减小27 Pa。应用多目标遗传算法,将"出口温度低,压降小"作为优化目标函数,研究肋片板式蒸发冷凝器的结构优化,得到优化结果的Pareto front分布,同时得到肋片间距和肋片高度分别为69.275 mm和15.71 mm,为板式蒸发冷凝器的改进和发展提供一定的指导意义。     

内肋套管管内流动与换热特性研究

利用实验和数值模拟方法考察了含水原油在内肋套管内的流动与传热性能,指出了在 Re=200～1200 时管子结构尺寸(肋片高度、肋片宽度和肋片长度)对传热性能的影响,并进行了实验验证.     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

Whither colliders after the Large Hadron Collider?

This paper presents options for high-energy colliders at the energy frontier for the years to come. The immediate plans include the exploitation of the LHC at its design luminosity and energy as well as upgrades to the LHC (luminosity and energy) and to its injectors.?This may be complemented by a linear electron?Cpositron collider, based on the technology being developed by the Compact Linear Collider and by the International Linear Collider, by a high-energy electron?Cproton machine, the LHeC, and/or by a muon collider. This contribution describes the various future directions, all of which have a unique value to add to experimental particle physics, and concludes by outlining the key messages for the way forward.     

射击模式对身管温度场影响的研究

以某5.8mm自动步枪身管为研究对象,基于经典内弹道和传热学基本原理,运用一种热-化学方法,建立了三维瞬态身管传热有限元模型,研究了不同射击模式影响下的身管温度场。研究表明:1)镀层对于身管内膛最高温度影响高达12.5%,在身管热分析中不可忽略;2)半自动模式膛内温度比全自动模式降低15.7%;3)对于同样的射弹数,射频的提高与外壁最高温度呈负相关,且最高温度区域会逐渐向身管尾部移动。研究结果可为探讨及解决热散问题提供一定的参考价值。     

具有纵向外肋片的水平复合管外表面自然对流换热的数值计算

为了方便而有效地模拟具有纵向外肋片的水平复合管外表面大空间自然对流换热的数值计算时计算区域外边界条件,本文提出一种新的边界条件处理方式。数值实验表明,用该条件计算的具有恒壁温的水平圆柱外表面自然对流换热数值解与文献中的基准解相比,平均Nu数的误差在0.5％以下。本文在极坐标系下,采用固体区与流体区耦合计算原始变量法,模拟计算了具有纵向外肋片的水平复合管外表面在不同肋片高度和肋片数下的自然对流换热量。数值计算表明,管外布置6个对称的肋片时,在肋片相对高度h/r04.0时,对换热最为有利,对应的肋片管平均肋效率为87.92％;而在相同肋片高度下,布置8个对称的肋片时,换热量最大。     

An experimental investigation on pool boiling heat transfer enhancement using Cu-Al2O3 nano-composite coating

Pool boiling heat transfer performances of Cu-Al₂O₃-coated copper surfaces have been studied experimentally for its potential use in heat transfer applications. In the present study, a two-step electrochemical deposition method is examined. This method provides an easy control on surface properties such as porosity and coating thickness. The deposition method is studied carefully and responsible surface morphology parameters are reported. After performing the pool boiling experiments on coated surfaces with DI water, the maximum critical heat flux of 1800 kW/m² and heat transfer coefficient of 193 kW/m² K, which are 68% and 260% higher than that of bare surface, respectively.     

螺旋内肋管内对流换热的三维数值模拟

针对螺旋内肋管内壁面结构复杂的特点,发展了一种新的网格划分方法,采用结构化的六面体网格,提高计算精度的同时又可节省计算量。应用Fluent软件对螺旋内肋管内的湍流流动和换热进行了三维数值模拟,数值模拟结果与Jensen等人的实验数据吻合良好。在其他参数相同的条件下对矩形、三角形、半圆形三种顶端外形轮廓的肋片性能进行了数值分析比较。     

The Discovery of the Tau Lepton and the Changes in Elementary-Particle Physics in Forty Years

I describe the discovery of the tau lepton in the 1970s using the SPEAR electron-positron collider and the SLAC-LBL detector of the Stanford Linear Accelerator Center. I also describe the subsequent verification of the existence of the tau lepton and its leptonic nature by experiments at SPEAR and at the DORIS electron-positron collider at DESY. As a preliminary to the tau discovery I discuss how I became a physicist and became interested in leptons. This history of the discovery of the tau allows me to give a general picture of the high-energy physics world of forty years ago and to discuss the changes that have occurred in the practice of high-energy physics over these forty years.Martin L. Perl is a professor, experimenter, and group leader at the Stanford Linear Accelerator Center of Stanford University. In 1995 he was awarded the Nobel Prize in Physics for his discovery of the tau lepton.     

百叶窗和针肋的传热与流阻特性的数值研究

提出一种新的针肋结构,采用直径为0.25 mm的圆柱型针肋,在一定的错排和顺排相结合的优化布置方式下,能获得较高的换热效率.在三维空间上的对流换热模拟表明,铜制的针肋结构的换热系数要高出百叶窗翅片24%～34%,而流阻仅高出10%～16%.总换热量取决于翅片材料的导热性能,导热系数越高,针肋的强化作用约明显.本文提出的针肋翅片结构可以用来制造紧凑性更高的换热器.     

波纹内翅片管中对流换热与阻力特性的实验研究

本文研究了空气在一种波纹内翅片管内强制对流的换热与阻力特性,得出了所测参数范围内换热Nusselt数和阻力系数f随Reynolds数变化的实验关联式,并与类似波纹内翅片管的换热效果进行了比较,结果表明波纹内翅片管换热强化的程度与其结构有很大的关系。