一种居里点发动机的设计及其动力学研究

居里点发动机是基于磁性材料相变制成的能量转化器件。本文设计并搭建了一种转动式的居里点发动机并对其动力学行为进行了研究。在给定外磁场中,当本来处于受力平衡的磁性材料(如镍)被加热至其居里点附近时,材料的磁性变化将导致其获得力矩转动起来。本文首先根据镍在加热情况下的磁性变化,对不同种类的镍盘的运动进行了理论分析。进而利用自主搭建的居里点发动机进行实验,验证了理论的预测。经过对所观测到居里点发动机运动规律的总结,给出了使发动机转动更稳定的优化设计方案。     

基于反射法的光纤位移 振动传感器优化设计

采用非相干光作为光源,以平面镜为反射面,对光纤位移 振动传感器的性能进行研究。推导出光纤输出功率与测量距离的解析表达式,并详细探讨了不同光纤半径、光纤数值孔径、发射光纤和接收光纤间距、发射光纤和接收光纤轴线夹角下输出功率比与测量距离之间的内禀关系。仿真结果表明:光纤半径越小,光纤间距越大,可以测试的距离范围越小;光纤数值孔径、光纤轴线夹角越小,可以测试的距离范围越小。通过分析不同情况下,输出功率比随测量距离变化的关系,可以在实际工程应用中根据测量需要选择设计合适的传感器。此外,还对测量误差进行了分析,得到光纤轴线夹角越小,测量距离的范围越大,误差率越小,当光纤轴线夹角为0.25时,误差率约为1%。     

基于转动惯量仪的系统摩擦力矩测量

转动摩擦在实际的生活和技术应用中很普遍,因此有必要对转动摩擦进行测量。本文基于转动惯量仪利用光电门结合视频分析的方法测量转动系统的摩擦力矩,并探究不同的钩码质量以及不同的往复周期等对摩擦力矩测量的影响。测量结果表明:摩擦力矩测量方法是可行的。当钩码质量增加,摩擦力矩不断增大,且质量越大对于摩擦力矩的影响越为明显。当质量一定时,摩擦力矩随往复周期的增加而逐渐减小。     

水的抗磁性演示实验

利用磁铁作用于漂浮在水面的纸片和盛水气球,演示了水的抗磁性,并利用全反射研究了水的抗磁性与外磁场的关系.实验结果表明:当磁铁置于水面上方时,磁场作用区域的水面向下凹陷.磁场越强,水面的凹陷程度越大,水的抗磁现象越明显.     

轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究

本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究.数值计算结果表明;下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度.进一步计算结果表明,重力的影响大小与整体流态转速相对坐标系转速的比值密切相关,该相对转速越大影响越小,反之越大.     

便携式高精度安培力探究仪

为定量探究影响安培力的因素,设计制作了安培力探究仪.利用电子秤测安培力的大小,通过改变电池节数和电阻来改变电流大小,改变线圈抽头来改变通电导线的长度,用钕铁硼强磁铁来增大匀强磁场的强度和宽度,改变两磁极间距离改变磁感应强度,用角度盘、指针和放大镜组合而成的测角器来清晰显示电流与磁场方向间夹角的大小及其变化.应用该仪器,利于学生理解左手定则和公式F=IlBsinθ.     

ECR等离子体的磁电加热研究

在ECR等离子体装置上进行了磁电加热研究,利用离子灵敏探针(ISP)测量了磁电加热前后离子温度的变化,研究了电极环偏压、磁场强度、气压等参数对磁电加热过程以及加热效率的影响.结果表明:等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的磁电加热及被加热的离子沿径向的输运来完成的.轴心处离子温度随电极环偏压的升高呈非线性增加.磁电加热效率随偏压的增大而增大,在电极环偏压为1000 V时,磁电加热效率为2%-2.5%,ECR等离子体中的离子温度能够提高20 eV以上.磁场强度在磁电加热过程中对离子的限制和加热起到重要作用,当磁场强度在6.3×10^-2-8.7×10^-2T之间变化时,磁电加热的效率随磁场强度的增大而增大.气压在0.02-0.8 Pa范围内,磁电加热的效率随气压的减小而增大. 关键词： ECR等离子体 磁电加热 离子温度     

喷雾夹角对柴油机性能影响的数值模拟

为研究喷雾夹角对柴油机性能的影响,应用STAR-CD程序对不同喷雾夹角的燃烧过程进行三维数值模拟.计算结果表明喷雾夹角决定了油束在燃烧室的空间分布和燃油与壁面的碰撞参数,进而影响到燃油的雾化与燃烧.当碰撞距离增加,燃油雾化时间增加.当撞壁入射角度减小,燃油壁面涂布能力增强,促进燃油蒸发雾化.当油束将燃烧室有效容积等分时,油气混合均匀,具有良好的燃烧效果.     

锗衬底红外抗反射亚波长结构的研究

为了减小锗表面的反射,利用模式理论对锗衬底正方柱形亚波长结构的衍射特性进行了研究。结果发现,当周期较小时,占空比大于0.78对透射率的影响比较明显;周期大于0.25λ,零级透射率随周期的增大急剧下降,而总透射率随周期的增大变化不大;周期较小透射率随结构高度的变化呈余弦周期性,周期增大透射率随结构高度的变化呈余弦赝周期性,并且周期越大余弦赝周期性越明显;此外,周期较小时,可以实现大角度范围内的高的透射率,周期较大时,可以制备为窄带滤波器。     

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通过求解二维热输运方程,数值分析了横越单磁岛的热输运现象。仅有背景加热时,当磁岛宽度小于临界磁岛宽度时,磁岛对能量约束影响不明显;当磁岛宽度大于临界磁岛宽度时,磁岛降低的能量损失随着磁岛宽度呈线性增大,有效径向热导系数在磁岛区域呈高斯分布且最大值在有理面处。当等离子体背景加热与ECRH共同加热时,ECRH对磁岛区域的温度分布及能量约束均有别于背景热源,这为进一步研究ECRH抑制撕裂模的问题提供了基础。     

大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响

通过数值仿真,以多个相位屏模拟大气湍流,研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z,分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时,复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10-13 m-2/3时,系统归一化接收功率下降到0.2以下,误码率增大到0.3以上;当传输距离增大到10 000m,系统归一化接收功率下降到0.3以下,误码率增大到0.35以上.同时,对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响,发现:l取值越接近的系统,受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.     

空间环境地面模拟装置扫描磁铁振动

研究了近代物理研究所为哈尔滨工业大学（HIT）空间环境地面模拟装置(SESRI)研制的扫描磁铁的振动,通过试验,使用激光位移传感器采集扫描磁铁上关键点的振幅,对比振幅分析影响振动的因素。试验数据显示,当电流为450 A、频率小于140 Hz时,振动平缓;磁铁整体振动随输入电流频率升高与电流增大而增强,电流频率为磁铁振动的主要影响因素;磁铁内带阻尼性材料部分的振幅明显小于其他部分。同时哈尔滨工业大学扫描磁铁采用的线圈铁芯浇筑一体结构设计,振动明显减小。结论证明磁铁机构与工艺的合理设计能有效减振。     

非直视紫外光通信组网多用户干扰问题

针对空分复用的紫外光通信网络中链路间多用户干扰的问题.基于一组典型的通信链路模型,采用紫外光多次散射理论,应用蒙特卡洛方法对系统的误码率与通信节点间距离、链路间夹角、收发仰角等参量间的关系进行分析.结果表明:误码率随着通信节点间距离的增大而增大,发射功率为100mW时,通信距离应小于120m;随着链路间夹角的增大,误码率先减小后逐渐保持不变,然后又增大,链路间夹角在60°~120°内取值;接收端仰角和发射端仰角对误码率的影响几乎相同,即随着收发仰角的增大,误码率先减小后迅速增大,15°时误码率最小.     

液晶染料填充阶梯型Double-period结构局域模的光学特性

利用传输矩阵法研究了液晶染料填充一维阶梯型Double-period第四代准周期结构局域模的光学特性。计算了增益前局域模与外加电场方向和正入射波方向间夹角θ的变化关系,分析了增益系数与局域模透射率的关系以及局域模在空间位置的光场分布,讨论了增益后的局域模透射率与光场强度的关系。结果表明:随着夹角θ的增大,光子禁带变宽并且只向短波方向拓展;随着夹角θ的增大,增益前的局域模向短波方向移动,透射率逐渐增大,且局域模波长的调控量为23.7nm。随着增益系数的增大,透射率先增大后减小。光场分布呈现局域现象,当夹角θ=43.4°,波长λ=595.0nm时,光强达到6个数量级。增益后的局域模透射率与光场强度呈正比关系。     

基于四象限探测器检测干涉条纹正交信号

 四象限探测器在探测区域具有象限化特征,当干涉条纹方向与探测器坐标轴方向呈不同的夹角时,各象限探测单元的不同位置可探测到不同空间位置的干涉条纹光强分布,利用光强在探测单元内的矢量叠加原理,就可探测到与干涉条纹同周期但相位不同的信号。当旋转探测器到某一特定角度时,发现总有其中两个象限探测单元的信号相位正交,当干涉条纹周期改变时,仅需重新仔细旋转探测器,便可检测到该周期条纹的正交信号。通过理论分析和数值模拟,验证了该方法的可行性和实用性。与传统检测方法相比具有操作简便,适应性强,便于仪器化等优点。     

周期不对称度对光子晶体透射谱特性的影响研究

利用传输矩阵法,研究周期不对称度对光子晶体透射谱的影响,结果表明:当周期不对称度为零时,光子晶体透射峰随着周期数的增大而变得越精细,但其透射率均为100%不变;当周期不对称度为不等于零的恒定值时,光子晶体透射峰的透射率低于100%,但随着周期数的增大,透射峰仅变得精细而透射率不变;光子晶体透射峰的透射率随着周期不对称度增大而下降,而且不对称度越大,透射率下降越快,同时透射峰变窄的速度也越快。周期不对称度对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体模型的构造和设计制备等提供方法依据。     

不同缺陷对周期螺旋波的影响

研究了不同单个圆形缺陷对周期螺旋波的影响。数值模拟发现,如果缺陷中心不变,那么,它对周期螺旋波的影响存在两个临界半径rd1和rd2。当缺陷半径rd=rd1时,波头的最终运动轨迹会发生远离缺陷的幅度较大的漂移;当rd=rd2时,波头在缺陷产生后经过一段时间的演化会消失。数值模拟同时发现,rd1和缺陷中心到波头中心的距离d一一对应;同样,rd2也和d一一对应,且都随d线性增大。     

上浮气泡在壁面处的弹跳特性研究

本文针对毫米量级的上浮气泡在壁面处的弹跳现象进行数值研究.基于势流方法求解气泡的运动,同时考虑气泡的表面张力作用.在伯努利方程中,对气泡与壁面之间水膜中因黏性引起的压力梯度进行修正,开发相应的计算程序,计算值与实验值符合良好.从气泡弹跳的基本现象入手,研究了特征参数对气泡弹跳过程的动态特性以及最终平衡形态的影响.发现随着泡在撞击壁面之前上浮距离增大,气泡回弹距离和弹跳周期增加,但是当上浮距离增加到一定程度后将不会影响气泡的弹跳特性;表面张力是影响气泡弹跳特性的重要因素,气泡的弹跳周期随其增大逐渐减小,但回弹距离却呈现先增后减的规律;最后,影响气泡最终平衡形态的主要因素是气泡的浮力参数与韦伯数.     

微纳光纤涡旋倏逝场中米氏粒子的受力

本文用射线光学的方法计算了球形微粒在微纳光纤涡旋倏逝场中的受力,并研究了微粒与微纳光纤表面之间的距离、微粒半径和微纳光纤半径对微粒受力的影响。微粒在梯度力的作用下被捕获到微纳光纤表面,同时在散射力的作用下沿微纳光纤中光束传播的方向绕光纤螺旋状运动。离光纤表面距离越远,微粒受到的光辐射压力越小。当微纳光纤半径不变时,微粒的径向捕获效率、沿光轴的传输和绕光纤的转动可分别通过微粒的半径来优化;而当微粒半径不变时,可分别通过微纳光纤半径来优化。     

抛光区域几何特征与流场创成关键参数关系

磁流变抛光在其实际工作过程中,抛光区域几何特征的不同将会对流场创成的关键参数产生很大的影响。针对此问题建立三维模型与实验仿真展开研究。在研究抛光区域几何特征与流场创成关键参数的关系时,先改变抛光区域形状,观察其对流场创成中剪切应力、压力产生的影响;再控制抛光区域的形状相同时,通过改变抛光区域尺寸大小,观察对流场创成中剪切应力、压力产生的影响。结果表明:当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时剪切应力最大,抛光区域为凸面时剪切应力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而增大;当抛光区域形状为凹面,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而减小。当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时压力最大,抛光区域为凸面时压力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而增大;当抛光区域形状为凹面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而减小。