测量喷气Z箍缩负载的气流马赫数

 利用双压力传感器的方法测量了喷气Z箍缩负载的气流马赫数。测量得到的气流马赫数最高可达到4.25，它和定常计算的结果4.8很接近，这表明可以用定常计算来估算喷气Z箍缩中超声速喷嘴产生的气流马赫数。     

“阳”加速器上喷气Z箍缩负载特性

介绍了一种用于"阳"加速器的超音速单壳层喷气Z箍缩负载。利用快响应压力探针对喷气负载产生的超音速流场进行了测量,获得了流场中各个位置的冲击压力以及超音速喷嘴前端的驻室压力,结合流体力学公式,给出了流场中的压力和密度分布。气流的径向密度剖面显示,气体壳层的位置随轴向位置的变化而存在差异,并且随着到喷嘴距离的增加,轴心处的气流密度不断增加。对密度分布的径向积分结果表明,气流在靠近喷嘴处的线质量密度最大,距喷嘴越远,线质量密度越小。利用单壳层超音速喷气负载,在"阳"加速器上进行了喷气Z箍缩内爆实验,对内爆过程进行了初步分析,并利用雪耙模型计算了等离子体壳层的内爆轨迹,计算结果与实验测量较好地符合。     

用高灵敏度激光干涉仪测量Z-pinch喷气负载质量线密度

 介绍了采用外差式记录系统和相位跟踪方法建立的高灵敏度（0.2°）迈克尔逊激光干涉系统对Z-pinch喷气负载质量线密度的测量。通过采用充气隔振光学平台和将干涉仪放置到喷气真空室内等隔振方法，有效地消除了机械振动对测量结果的影响，获得了拉瓦尔喷嘴产生的超音速Ar气喷气负载平均质量线密度随时间的变化曲线，为优化喷嘴理论设计程序提供了实验依据。气流稳态的建立时间可以用于精确控制喷气装置电磁阀门的打开时刻，保证喷气Z-pinch 实验中脉冲功率装置提供的脉冲电流与喷气负载平顶之间的时间同步。     

拉瓦尔喷嘴的气流线质量及密度分析

喷气负载是高功率Z箍缩的主要负载之一。应用一维等熵压缩气体动力学，分析了“强光一号”加速器拉瓦尔喷嘴的基本物理过程，获得了拉瓦尔喷嘴出口处气流的马赫数，Ma=4.6，并对其进行了修正，修正值为3.5。利用由雪耙模型导出的Z箍缩聚爆时间表达式，并结合“强光一号”Z箍缩实验结果，修正了由一维等熵气体动力学得到的喷嘴气流线质量表达式。最后根据已知气流的线质量40 μg/cm ，利用B-T模型初步估算了喷嘴的气流密度分布。估算结果为:在轴向2.5~40 mm，径向0~15 mm的区域内，气体分子密度基本在1016～1017/cm3，且在轴向2 cm内基本形成空心的气体壳层结构。     

箍缩背光照相

 利用PPG-Ⅰ脉冲功率装置（500 kV,400 kA,100 ns）驱动X箍缩负载,得到了μm量级的亚纳秒脉冲X射线辐射点源。在阴阳极轴线和回流柱上同时安装X箍缩负载,前者可作为背光照相的X射线点源;后者可作为被拍照的目标X箍缩。获得了X箍缩发展过程不同时刻的时间序列图像,在背光照相的图像中可以清晰观察到X箍缩交叉点处等离子体的外爆、箍缩以及最终的崩溃阶段。将阴阳极轴线上的X箍缩负载用Z箍缩丝阵负载代替,实现了对丝阵负载Z箍缩放电起始阶段的X射线背光照相,观察到了最初的各单丝电爆炸、等离子体膨胀及融合过程,同时观察到了双丝Z箍缩发展过程中的等离子体不稳定性。实验结果有助于深入理解Z箍缩发展的物理过程,同时可为有效的模拟建模分析提供基本的实验数据。     

基于等离子体粒子模拟的喷气Z箍缩过程物理研究

给出了喷气Z箍缩动力学过程在二维柱坐标系下的等离子体粒子模拟物理模型,编写了相应的程序.对低电流驱动下的稀薄喷气Z箍缩动力学过程进行了验证性的等离子体粒子模拟,得到了许多微观的Z箍缩物理信息,如负载中的电流(密度)、电磁场、粒子位置和密度的时空演化,以及总的z箍缩拖尾质量和拖尾电流等信息.发现在Z箍缩过程中,模拟得到的等离子体电流随时间的变化反映出了等离子体箍缩到心和反弹的过程特征,磁场随径向的变化与长直导线电流给出的磁场很接近;电子所受到的电场力和磁场力(洛伦兹力)是相当的,而离子所受到的力主要是电场力;电子首先在z方向加速,然后在自身运动产生电流的磁场的作用下向轴心箍缩,而离子是在电子和离子电荷分离所产生的电场力的作用下向轴心运动;在压缩到轴心附近时,电子首先因静电排斥而飞散,而离子则在惯性的作用下继续向轴心箍缩,而后滞止飞散.Z箍缩等离子体的拖尾质量在20%左右,拖尾电流最大时在7%左右.     

喷气Z箍缩高速扫描摄影

内爆Z箍缩是一种强的软X射线源，它在核武器物理、核武器效应模拟和惯性聚变等方面有重要的应用前景。喷气Z箍缩是以气体作为负载来产生等离子体，其内爆技术的研究主要集中在20世纪80年代及90年代早期，等离子体半径、压缩速度与时间关系是压缩过程中最为基本的参数。在本次实验研究中，用高速变像管扫描相机首次拍摄了阳加速器在负载为氖气状态下等离子内爆箍缩过程具有时间分辨的扫描像。     

系统和负载参数对喷气式Z箍缩过程的影响

利用改进的零维雪铲模型计算了喷气式Z箍缩装置的系统和负载参数（系统特征电感和电阻、气柱质量和外半径等）对电流波形和箍缩动力学过程的影响。结果表明,电流波形和箍缩过程对系统特征电感和电阻的变化非常敏感;气柱质量和外半径对电流波形的影响不大,仅影响等离子体箍缩到心的时间和速度;电感和运动阻抗随箍缩过程的进行而增大;Z箍缩装置的能量转换效率是较高的。     

喷气Z箍缩内爆动力学过程的数值模拟研究

在分析了喷气Z箍缩内爆等离子体物理过程的基础上，作了必要的假定和简化，给出了物理模型和相应的数学方程组.研制了一维三温辐射磁流体动力学的数值模拟程序，对氖喷气Z箍缩内爆产生高温高密度等离子体过程进行了总体数值模拟，得到了等离子体各参量在内爆过程中的时空分布，再现了该内爆动力学整体过程，并与GAMBLE-Ⅱ装置的实验结果进行了比较.计算结果表明，在对热传导系数和等离子体电阻率作适当调整后，得到的计算结果是自洽的，其中内爆到心时刻、x射线辐射脉冲的脉宽和总能量等宏观量与实验结果比较接近.同时对喷气Z箍缩内爆过 关键词： 喷气Z箍缩 x射线辐射 辐射磁流体动力学     

Z箍缩内爆的MARED程序1维模拟分析

 研制可靠的数值模拟工具对Z箍缩内爆产生X光辐射过程进行理论研究、实验分析以及负载设计至关重要。介绍了2维三温辐射磁流体力学程序（MARED）的物理方案，给出了MARED程序的1维检验结果，验证表明MARED程序适用不同装置条件、不同负载参数。结合丝阵Z箍缩实验的数值模拟和分析表明：相同负载质量条件下，钨丝阵内爆产生的X光辐射功率远大于铝丝阵产生的X光功率；相同负载电流条件下，负载质量越大，计算得到X光功率越低；X光功率随着负载电流增加而增加。     

高背压超声气体团簇喷流中团簇平均尺寸沿喷流方向演化研究

本文通过对高背压(50 bar, 1 bar = 1.0×10⁵ Pa)氩气经长锥型喷嘴(长度L=30 mm)向真空绝热膨胀所形成的超声气体团簇喷流的数值模拟, 分析比较了由喷嘴喉口起沿喷流方向在喷流中心轴线上团簇平均尺寸的演化情况. 结果表明: 沿喷流方向团簇平均尺寸显示先增长后趋于饱和的变化趋势, 具有较大尺寸团簇的区域出现在距离喷嘴喉口大约20 mm. 据此本文再结合关于喷流中原子密度沿喷流方向变化的模拟结果开展了锥形喷嘴长度的优化研究. 针对由常见构型的锥形喷嘴(喉径～ 0.5 mm, 半张角～ 8.5°)在高背压下形成的团簇喷流, 20 mm左右的长度为锥形喷嘴的适宜长度.     

New results on gas density, velocity field, and force field of a gasdynamic laser within a supersonic nozzle

Several new results are derived upon gas density as well as upon velocity and force fields relative to a gasdynamic laser within a supersonic nozzle. Evolution equations, including the continuity equation, are employed to obtain the above results. In particular, the continuity equation is used to determine the shape of the nozzle so that its cross-sectional area is calculated as a function of distance. This function is one of the ingredients to get our results relative to gas density, velocity, and force. In addition, the time-dependent power associated with the vibrational non-equilibrium expansion in the nozzle of hot gas at high pressure is evaluated.     

气体靶密度的数值计算与实验研究

 采用了1维简单模型来模拟气体靶的空间密度分布情况，并且该计算值得到了实验的验证。使用M-Z干涉仪诊断锥型喷嘴喷射的气体靶密度分布，得到了不同压力和不同延时下的干涉图样。自行编写了实验数据处理程序，得到了不同情况下气体密度的空间分布。在相互作用实验中，由气体分子密度随压力的变化，可以确定合适的压力，以获得预期的气体靶密度；由气体分子密度随时间的变化，可以确定激光与气体的作用时刻。     

无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响

气泡的存在使无阀微泵的工作性能和使用寿命大大降低, 甚至无法正常工作. 为了合理地预测无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响, 给出了用来描述收缩管/扩张管型无阀压电微泵的数学模型, 包括泵腔体积变化、连续性方程、流体有效体积弹性模量以及锥管阻力系数的计算. 同时, 分析了腔内不同气泡体积对无阀微泵周期驱动压力的影响, 并对两个气泡进入无阀微泵泵腔时压力脉动过程进行了仿真和试验研究. 通过仿真结果与试验数据的比较表明, 所提出的存在气泡时无阀微泵数学模型及仿真方法是合理的. 关键词： 无阀微泵 气泡 压力脉动     

Process modeling gas atomization of close-coupled ring-hole nozzle for 316L stainless steel powder production

The paper aims at modeling and simulating the atomization process of the close-coupled ring-hole nozzle in vacuum induction gas atomization(VIGA) for metallic powder production. First of all, the primary atomization of the ring-hole nozzle is simulated by the volume of fluid(VOF) coupled large eddy simulation(LES) model. To simulate the secondary atomization process, we use the method of selecting the droplet sub-model and the VOF model. The results show that the ring-hole nozzle forms a gas recirculation zone at the bottom of the delivery tube, which is the main reason for the formation of an annular liquid film during the primary atomization. In addition, the primary atomization process of the ring-hole nozzle consists of three stages: the formation of the serrated liquid film tip, the appearance and shedding of the ligaments, and the fragmentation of ligaments. At the same time, the primary atomization mainly forms spherical droplets and long droplets, but only the long droplets can be reserved and proceed to the secondary atomization. Moreover,increasing the number of ring holes from 18 to 30, the mass median diameter(MMD, d50) of the primary atomized droplets decreases first and then increases, which is mainly due to the change of the thickness of the melt film. Moreover, the secondary atomization of the ring-hole nozzles is mainly in bag breakup mode and multimode breakup model, and bag breakup will result in the formation of hollow powder, which can be avoided by increasing the gas velocity.     

空气密度与气体普适常量测量实验的改进

对测量空气密度和气体普适常量实验装置进行改进,用圆柱形有机玻璃密度瓶代替玻璃密度瓶,用高精度指针式真空表代替热偶真空规式真空计,利用橡胶管和密度瓶接口处的缓慢增气特性来改变空气压强,用电子物理天平称量气体质量,改进后的装置较适合学生实验.     

弱相互作用费米气体的不稳定性判据

根据由赝势法得到的弱相互作用费米气体的自由能，利用热力学方法研究了无外场时弱相互作用费米气体的稳定性.结果表明，无外场情况下理想费米气体与存在弱排斥相互作用的费米气体是稳定的；而具有弱吸引相互作用的费米气体在一定条件下可出现不稳定性.给出了不稳定性的粒子数密度判据和温度判据，就不同逸度情况下临界粒子数密度的具体表达结果以及温度、粒子质量和吸引相互作用对临界粒子数密度的影响进行了讨论. 关键词： 费米气体 相互作用 不稳定性判据