核磁共振测井仪探头设计中的数值方法

核磁共振测井仪探头的优化设计能够增强仪器的探测特性,提高仪器的信噪比, 而探头设计中的数值方法对设计结果至关重要.本文利用电磁场有限元方法对贴井壁型核磁共振测井仪探头静磁场和射频场进行了2D和3D的数值模拟,深入分析了数值模型形状、模型尺寸、 单元形状对数值模拟结果的影响,并将有限元数值模拟结果与实测数据做了对比. 结果显示:数值模拟结果与实测数据符合.在设计核磁共振测井仪探头结构时, 选取与井眼形状一致的圆形模型,模型尺寸范围在10—15倍探头外径, 并采用三角形单元可以有效提高数值模拟方法精度,增强优化设计结果的可靠性.     

CFD在换热器局部结构优化设计的应用

本文利用CFD模拟手段对电加热水箱换热器流动传热特性进行三维数值计算,通过对流场和温度场的分析,改进原设计中不利于热量传递的结构特征.在保证水箱基本结构尺寸不变的前提下,对箱体内两块折流板的位置及其几何形状进行多种结构模型的数值模拟和比较分析,实现了基于CFD数值模拟结果进行换热器局部结构优化设计的工程应用.     

立式太阳能热气流电站涡轮机设计

在传统风力机的设计基础上,对适用于立式太阳能热气流电站的涡轮机进行了初步的理论设计,并利用FLUENT软件对所设计涡轮机的物理模型进行数值模拟,利用数值模拟的方法对涡轮机的叶型、安装角、叶根与叶尖之间的扭转角进行了优化,最终得到的涡轮机的能量转化效率比初步设计的模型的能量转化效率高,说明本文采用的数值模拟方法可以用于小型涡轮机的设计中,而且本文最终得到的涡轮机模型也可以利用于立式集热板太阳能热气流系统。     

管内电缆导体应变对稳定性影响模拟研究

提出了应变对CICC导体稳定性作用的仿真设计思想,研究了应变对临界电流密度的影响,量化了应变作用,推导了导体设计的数学公式,建立了数值仿真设计模型,并进行了导体结构的模拟设计。将数值仿真设计与工程设计进行了比较,结果显示,采用数值仿真设计模型能有效减轻工程设计工作量,缩短设计周期。     

CFD在双吸式离心泵优化设计中的应用

针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案.对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求.在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具.     

基于板式换热器的天然气冷却模拟与实验研究

结合实际工程项目,针对某新型天然气冷箱液化流程中的三台钎焊板式换热器,采用双通道耦合换热模型,以分段线性插值法计算天然气物性,基于FLUENT软件进行了天然气冷却换热过程的CFD数值模拟仿真,并开展了该新型冷箱的实验测试研究。将数值模拟计算结果与HSYSY工艺流程设计值以及实验测试结果进行对比。结果表明,数值模拟计算结果与HSYSY设计值平均误差为4.94%,证明了采用CFD数值模拟方法对HYSYS工艺流程设计与设备选型进行校核具有一定的参考价值。数值模拟计算结果与实验测试结果平均误差为7.78%,证明了数值模拟仿真所采用的简化假设、换热模型以及求解方法对于板式换热器天然气冷却换热过程是合理的。     

基于液氮低温冷刀系统的冻结组织温度场分布研究

设计了基于液氮的低温冷冻治疗系统,并进行动物组织实验研究,得到组织关键测温点的温度变化;并对冷冻过程进行数值模拟,将实验结果与模拟冷冻结果进行对比,根据二者的差异对数值模拟中采用的组织热物性参数进行修正,使模拟结果更接近于实际冷冻过程.     

带突扩段有叶扩压器的设计与分析

本文针对离心压气机采用突扩转接段后的设计问题,初步探讨了其内部流动规律,进行了型线的优化设计。首先进行的子午面计算,确定了扩压器的型线,然后对无叶扩压器作了三维数值模拟,保证了叶片进口参数的平滑均匀。最后完成了带叶扩压器的三维计算。数值计算结果表明,出口马赫数、总压恢复系数和出气角均达到了设计要求。设计的完成为复杂扩压系统的设计与数值模拟打下了良好基础。     

无箔二极管的设计与静态数值模拟

 设计并完成了一无箔二极管,该二极管预计产生1MV、20ns、10kA以上的空心脉冲电子束。研究了无箔二极管的静态数值模拟方法,求得完全的自洽解。利用编制的程序对设计的无箔二极管进行了数值模拟,对结果进行了讨论。     

多级低反动度高负荷轴流压气机及其内部流动机理研究

本文提出了亚音速多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念,并对其可行性进行了理论分析.应用此设计概念,结合附面层抽吸技术,将某11级轴流压气机改为7级,并对具有典型流动特征的末两级进行了详细的数值模拟.数值模拟结果表明多级低反动度高负荷轴流压气机的设计概念是可行的.     

CICC超导体数字模拟设计

CICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境以及给定稳定性裕度等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析的研究就显得非常重要。因此文中针对CICC导体设计,提出数字模拟设计的想法,并将数字模拟设计结果与工程设计值进行了比较和分析,二者基本吻合。     

基于能量裕度和温度裕度CICC导体数字模拟设计

CICC(Cable-in-Conduit Conductor)超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境中以及给定稳定性裕度、温度裕度、空隙率等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析是非常重要的。因此,文中针对CICC导体设计问题,提出数字模拟设计的想法;推导了关于CICC导体结构矩阵参数的算法;建立了导体数字模拟的模型;同时将数字模拟设计情况与工程设计值进行了比较和分析,结果二者基本吻合。     

损耗对CICC导体设计影响的模拟研究

聚变装置上低温超导磁体的管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)运行在大电流和快速变化磁场环境中,导体的合理设计是其能否稳定运行的关键。由于工程上CICC导体的设计是一个多次尝试和优化的过程,为此提出了基于稳定性和损耗机理的导体设计思想;推导了关于CICC导体结构参数矩阵方程;建立了导体数值仿真的基本设计模型。同时进行了导体的模拟设计,并将仿真设计结构与工程设计情况进行了比较和分析,结果证明二者吻合的较好。     

CRAFT TF导体弯绕成形力学仿真与试验

聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)是为了探索与建设中国聚变工程试验堆(CFETR)关键技术和原型系统的大科学装置.环向场(Toroidal Field, TF)线圈是CRAFT系统的重要组成部分，旨在研制出用于CFETR环向场原型线圈.本文基于弹塑性力学理论，通过建立TF导体连续弯绕成形有限元分析模型，对TF导体弯曲成形过程进行力学仿真，获得了TF导体在成形过程中的应力、应变和成形力等力学参数，预测了TF线圈绕制过程导体截面变形、回弹、应力和应变情况，并采用TF导体开展了弯曲成形验证试验，为TF线圈的精密绕制和成形设备的工程设计提供了可靠的依据.     

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明:腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

RF thermal and new cold part design studies on a TTF-Ⅲ input coupler for Project-X

An RF power coupler is one of the key components in a superconducting (SC) linac. It provides RF power to the SC cavity and interconnects different temperature layers (1.8 K, 4.2 K, 70 K and 300 K). The TTF-Ⅲ coupler is one of the most promising candidates for the High Energy (HE) linac of Project X, but it cannot meet the average power requirements because of the relatively high temperature rise on the warm inner conductor, so some design modifications will be required. In this paper, we describe our simulation studies on the copper coating thickness on the warm inner conductor with RRR values of 10 and 100. Our purpose is to rebalance the dynamic and static loads, and finally lower the temperature rise along the warm inner conductor. In addition, to get stronger coupling, better power handling and less multipacting probability, one new cold part design was proposed using a 60 mm coaxial line; the corresponding multipacting simulation studies have also been investigated.     

RF thermal and new cold part design studies on a TTF-Ⅲ input coupler for Project-X

An RF power coupler is one of the key components in a superconducting (SC) linac. It provides RF power to the SC cavity and interconnects different temperature layers (1.8 K, 4.2 K, 70 K and 300 K). The TTF-Ⅲ coupler is one of the most promising candidates for the High Energy (HE) linac of Project X, but it cannot meet the average power requirements because of the relatively high temperature rise on the warm inner conductor, so some design modifications will be required. In this paper, we describe our simulation studies on the copper coating thickness on the warm inner conductor with RRR values of 10 and 100. Our purpose is to rebalance the dynamic and static loads, and finally lower the temperature rise along the warm inner conductor. In addition, to get stronger coupling, better power handling and less multipacting probability, one new cold part design was proposed using a 60 mm coaxial line; the corresponding multipacting simulation studies have also been investigated.     

Verification and application of a finite-difference model for quasi-electrostatic scanning impedance imaging

We have previously introduced liquid-contact scanning impedance imaging (SII) as a high resolution, high contrast method for imaging electrical impedance. This technique has shown its potential to measure the impedance distribution of biological tissues. In this paper, a numerical model is developed to describe the SII system based on the finite difference method. Good correspondence can be observed when comparing data simulated using the model with experimental data. The relationships between measurable resolution and system parameters such as height are shown in both simulation results and measurements. It is shown that the numerical model provides a good explanation for experimental results and can also assist in the design of the dual-conductor impedance probe used in this imaging method. Model predictions on both the conductor spacing and the resistor R used in the system have been made indicating their relationships to an empirical notion of resolution. The simulation result of the conductor spacing also gives an insight to the function of the dual-conductor probe. Based on this model, an optimum probe design can be obtained by balancing ultimate resolution with the signal-to-noise ratio by adjusting spacing and resistor values.     

CICC导体交流损耗数字模拟研究

C ICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,它运行在大电流和磁场快速变化的环境中,磁通进出超导体以及外界磁场的变化会产生交流损耗,而交流损耗对C ICC超导体稳定性运行有很大的影响,这样开展C ICC超导体交流损耗的研究就显得非常重要。因此,文中针对C ICC导体运行条件和几何结构,提出交流损耗数字模拟的想法,并将数字模拟结果与工程计算值进行了比较和分析,二者基本吻合。