量子简并性对气体斯特林制冷循环性能的影响

基于理想量子气体的状态方程，分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征，推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数，对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助. 关键词： 量子简并性 斯特林制冷循环     

耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟

本文借助计算流体力学软件, 对复合磁制冷机进行整机数值模拟分析. 以复合磁制冷机为建模原形, 分别计算了主动式磁制冷循环以及复合磁制冷循环. 利用模型计算分析了利用系数, 工作频率对主动式磁制冷的制冷效果影响, 同时模拟计算了不同相位角、不同频率下的复合磁制冷机的制冷效果, 计算得到适合复合磁制冷循环的最佳匹配相位角. 模拟计算结果对后续实验台的设计搭建有很好的指导作用.     

一种耦合斯特林制冷效应的复合式磁制冷循环的数值模拟

介绍了一种斯特林回热式制冷效应和主动式磁制冷效应耦合的新型制冷循环。循环采用的回热填料钆既是磁制冷循环的磁热材料又是斯特林制冷的回热材料。通过斯特林回热式制冷循环和磁制冷效应的正面耦合叠加获得更优良的制冷效果。同时介绍了一种磁制冷回热器的数值计算模型,本模型是基于控制容积法计算的一维交变流动模型,并对常规回热器内填料能量控制方程进行了修正,考虑了磁性材料磁热效应的影响,添加内热源项。论文计算分析了系统相位角、压力和频率的变化对制冷性能的影响。文中给出的部分模拟结果对后续实验台的改造有一定的借鉴指导作用。     

斯特林制冷机采用不同工质应用于冰箱温区的性能研究

基于斯特林冷循环应用于冰箱制冷的优点,对应用于冰箱领域的斯特林制冷机采用氦气、氢气、空气三种不同工质在相应工况下的性能进行了理论分析和实验研究.研究结果表明,斯特林制冷机实际运行过程中要比理想模型复杂得多,且在冰箱制冷温区(-80℃以上),氢气是最佳的选用工质,其次是氦气,空气性能较差.     

室温温区自由活塞斯特林制冷机设计

自由活塞斯特林制冷机作为一种新型制冷技术,具有效率高、可靠性好、结构紧凑、环境友好等特点.目前,室温温区自由活塞斯特林制冷机存在回热器声功利用量少、出口声功大等问题,导致排出器反馈声功大、尺寸大,给加工工艺和实际应用带来困难.本文基于SAGE软件,对室温温区自由活塞斯特林制冷机的核心单元结构进行了设计.通过多级制冷流程,提高制冷的声功利用,同时探究排出器对制冷性能的影响,寻找减小排出器直径的有效方法.在以制冷系数为优化计算目标、限制排出器行程的前提下,得到了不同核心单元直径的三级自由活塞斯特林制冷机可实现的最小排出器尺寸.计算结果显示,总核心单元等效面积相近时,三级自由活塞斯特林制冷机的排出器面积可减小至单级的49％.即多级制冷机有效减小了排出器尺寸,推动自由活塞斯特林制冷机在室温温区的应用.     

自由活塞型斯特林制冷机热力学参数的无量纲分析

自由活塞斯特林制冷机由于其结构紧凑、制冷效率高、可靠性好而不断受到重视。自由活塞斯特林制冷机的热力学参数对整机制冷性能具有决定性影响。基于等温模型,对自由活塞斯特林制冷机进行了无量纲分析,通过引入无量纲制冷量,详细研究了死容积比、扫气容积比、温度比、位移相位角对整机热力性能的影响。其研究结果为不同温区的自由活塞斯特林制冷机热力参数设计提供了参考意见。     

二级不可逆磁Brayton制冷循环性能分析及参数优化

建立受有限速率热传导和绝热过程不可逆性影响的二级磁Brayton制冷循环模型,导出循环的性能系数和制冷率表达式,分析等磁场过程的磁场比、绝热不可逆因子、等磁中冷过程等对二级不可逆磁Brayton制冷循环最大制冷率及相关参数的影响,所得结论能为提高磁制冷机的循环性能提供参数设计参考.     

空间双级斯特林制冷机的研究进展综述

双级斯特林制冷机可用于长波红外探测领域及多目标冷却中。文中概述了国内外双级斯特林制冷技术的研究及应用进展,总结了双级斯特林制冷机的关键技术特点,可为研制空间双级斯特林制冷机提供有益的参考。     

轻量化高效线性压缩机设计与实验研究

线性压缩机为线性分置式斯特林制冷机的动力源,压缩机的效率基本决定了整机的制冷效率。本文设计出一款轻量化高效线性压缩机,采用Redlich型动磁式直线电机结构,通过向量分析法模型对线性压缩机进行动力学设计,通过试验验证设计并进行优化。     

热漏、热阻及回热特性对磁Ericsson制冷循环最优性能的影响

建立了同时考虑热漏、热阻及回热等主要不可逆因素的顺磁质 Ericsson制冷循环的模型。针对回热平衡与回热不平衡的情况 ,应用有限时间热力学理论 ,导出了制冷率与制冷系数间的基本优化关系 ,给出了制冷率、制冷系数的优化值域 ,结果反映了回热式制冷机的主要观测特征。讨论了基本优化关系的应用 ,分析了热漏、热阻及回热损失对制冷循环性能影响的本质差异     

软磁材料磁导率测量实验探索

软磁材料磁滞回线细长,计算精度不高时忽略其磁滞,可定义磁感应强度与磁场强度的比为磁导率。利用霍尔效应实验仪对螺线管加载软磁材料前后一端的磁感应强度进行测量,计算出该端点处的磁场强度即可计算出该种软磁材料的磁导率,实验表明在材料磁饱和后,磁导率迅速降低。     

脉冲压缩电路磁开关动态特性

提出在典型一阶磁脉冲压缩电路的基础上,测取磁芯在实际工作条件下的动态磁滞回线和饱和磁导率等磁参数,再根据所获得的动态参数指导磁开关设计,进行一阶磁压缩实验。实验选取国内外被广泛应用的非晶磁芯和纳米晶磁芯进行测试,根据实测动态磁参数设计磁开关。实测结果表明:用国产非晶磁芯做磁开关可得到上升沿73 ns、电压幅值28.3 kV、半高宽为503 ns的脉冲,用日本产的纳米晶磁芯做磁开关可得到上升沿30 ns、电压幅值28.4 kV、半高宽为193 ns的脉冲。     

基于几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合的磁流体偏振光透过率

根据几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合原理给出的解析表达式,通过数值模拟计算,研究了磁流体的纵场诱导偏振光透过率及磁流体的浓度、液态介电常量、磁性颗粒磁偶极矩热能比和单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量四个参量的变化对其偏振光透过率的影响.结果表明,磁流体的浓度、液态介电常量和磁性颗粒磁偶极矩热能比对其偏振光透过率有显著影响,低浓度样品的偏振光透过率随着纵向磁场强度的增大而线性增加,而高浓度样品则随着纵向磁场强度的增大呈现振荡变化的特性.在一定范围内,磁流体偏振光透过率随其液态介电常量ε_liquid和磁性颗粒磁偶极矩热能比μ_d/(kT)的变大而增加.而单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量对其偏振光透过率没有影响,磁流体参量依赖的偏振光透过率在低磁场区域和高磁场区域有明显区别.提出了磁流体纵场诱导偏振光透过率在几类光子器件中的可能应用.     

基于几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合的磁流体偏振光透过率

根据几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合原理给出的解析表达式,通过数值模拟计算,研究了磁流体的纵场诱导偏振光透过率及磁流体的浓度、液态介电常量、磁性颗粒磁偶极矩热能比和单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量四个参量的变化对其偏振光透过率的影响.结果表明,磁流体的浓度、液态介电常量和磁性颗粒磁偶极矩热能比对其偏振光透过率有显著影响,低浓度样品的偏振光透过率随着纵向磁场强度的增大而线性增加,而高浓度样品则随着纵向磁场强度的增大呈现振荡变化的特性.在一定范围内,磁流体偏振光透过率随其液态介电常量εliquid和磁性颗粒磁偶极矩热能比μd/(kT)的变大而增加.而单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量对其偏振光透过率没有影响,磁流体参量依赖的偏振光透过率在低磁场区域和高磁场区域有明显区别.提出了磁流体纵场诱导偏振光透过率在几类光子器件中的可能应用.     

磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

Magnetic correction to the anomalous magnetic moment of electrons

We investigate the leading order correction of anomalous magnetic moment (AMM) to electrons in a weak magnetic field and find that the magnetic correction is negative and magnetic field dependent, indicating a magnetic catalysis effect for the electron gas. In the laboratory, to measure the g − 2, the magnitude of the magnetic field B is several T, and correspondingly the magnetic correction to the AMM of electron/muon is around 10⁻³⁴/10⁻⁴², therefore the magnetic correction can be safely neglected in the current measurement. However, when the magnitude of the magnetic field strength is comparable with the electron mass, the magnetic correction of the electron's AMM will become considerable. This general magnetic correction to the charged fermion's AMM can be extended to study quantum chromodynamic matter under a strong magnetic field.     

磁流体粘度的实验研究

采用毛细法粘度计测量了水基Fe磁流体的粘度,分析了磁性粒子份额、表面活性剂含量以及外加磁场强度和方向对粘度的影响。实验结果表明,磁流体粘度随着磁性粒子和表面活性剂浓度的增加而增加;随着外加磁场强度的增大而增大,对于相同的磁流体,在外加磁场方向垂直于流动方向时的粘度大于外加磁场方向平行于流动方向时的粘度;表面活性剂含量的增大将减弱外加磁场对磁流体粘度的影响。     

带开口磁环的周期永磁聚焦系统的轴向磁场

 基于磁环的元电流模型,分析了永磁磁环的轴向磁场分布规律。理论计算和测试结果表明:轴向磁化磁环中心轴上的磁感应强度不存在径向分量,只有轴向分量;但磁环开口后,轴向磁场降低,而径向磁场增加,其中心轴上的合成磁感应强度体现出非轴对称性,不利于其在周期永磁（PPM）聚焦系统中的应用。根据磁场的轴向分量和径向分量的分布特点,设计和优化了带开口磁环的PPM系统,实现了轴向磁场的周期化。     

Magnetic nanostructures as amplifiers of transverse fields in magnetic resonance

We introduce the concept of amplifying the transverse magnetic fields produced and/or detected with inductive coils in magnetic resonance settings by using the reversible transverse susceptibility properties of magnetic nanostructures. First, we describe the theoretical formalism of magnetic flux amplification through the coil in the presence of a large perpendicular DC magnetic field (typical of magnetic resonance systems) achieved through the singularity in the reversible transverse susceptibility in anisotropic single domain magnetic nanoparticles. We experimentally demonstrate the concept of transverse magnetic flux amplification in an inductive coil system using oriented nanoparticles with uni-axial magnetic anisotropy. We also propose a composite ferromagnetic/anti-ferromagnetic core/shell nanostructure system with uni-directional magnetic anisotropy that, in principle, provides maximal transverse magnetic flux amplification.     

Two-dimensional Monte Carlo simulations of structures of a suspension comprised of magnetic and nonmagnetic particles in uniform magnetic fields

The structures of suspensions comprised of magnetic and nonmagnetic particles in magnetic fields are studied using two-dimensional Monte Carlo simulations. The magnetic interaction among magnetic particles, magnetic field strength, and concentrations of both magnetic and nonmagnetic particles are considered as key influencing factors in the present work. The results show that chain-like clusters of magnetic particles are formed along the field direction. The size of the clusters increases with increasing magnetic interaction between magnetic particles, while it keeps nearly unchanged as the field strength increases. As the concentration of magnetic particles increases, both the number and size of the clusters increase. Moreover, nonmagnetic particles are found to hinder the migration of magnetic ones. As the concentration of nonmagnetic particles increases, the hindrance on migration of magnetic particles is enhanced.