惯性约束聚变靶丸内杂质气体抽空流洗过程的数值模拟

低温冷冻靶是实现惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)的关键部件之一.低温靶靶丸内杂质气体的去除程度和效率对低温靶燃料冰层的在线制备具有重要意义.依据低温靶物理对冰层杂质含量的设计要求,在计算靶丸内杂质气体最大允许分压的基础上,建立了靶丸内气体在微米级充气管内流动的抽空流洗模型.模拟研究了不同微管尺度及结构、温度对靶丸内杂质气体抽空流洗效率的影响规律,获得了靶丸充气微管的最佳管型设计方案.基于最佳管型设计,优化得到了具有最高抽空流洗效率的抽空时间与流洗次数组合策略.     

环形磁场金属等离子体源冷却流场的数值模拟与优化

环形磁场金属等离子体源作为一种全新的等离子体源结构,可用于产生高度离化、无大颗粒、高密度的离子束流,但传统流道结构不能保证其高效、均匀散热,大功率工作时可能引起密封胶圈的烧蚀失效,需对其冷却流场进行优化设计.利用Solidworks Flow Simulation软件对等离子体源冷却流道进行模拟,分析出入水孔分布角度、孔数、孔径以及入水孔高度对冷却效果的影响规律,并对流道结构参数进行优化.结果表明,增大水孔的周向分布范围,有利于提高散热的均匀性;入水孔设置在结构上层有利于减少冷却水的温度分层现象,使铜套和密封胶圈都处于较好的冷却状态;适当减小孔径有利于增大冷却水射流速度,增大湍流程度强化传热,提高换热效率.优化后的流场结构可以提高冷却水的利用率,在相同流量条件下获得更好的冷却效果,改善等离子体源的放电稳定性,为环形磁场金属等离子体源的冷却结构设计提供理论依据.     

毫米波回旋速调管放大器的自洽非线性数值模拟

为了实现回旋速调管放大器的快速设计,基于经典的回旋管的稳态单模非线性理论方法,开展了回旋速调管放大器的束波作用效率的理论模拟研究。由于单模理论无法匹配回旋速调管放大器的输入腔、中间腔两端的突变边界条件,所以输入腔与中间腔都只能采用给定场法进行求解。回旋速调管的输出腔的功率输出端通常采用缓变结构,这种腔体可以采用单模自洽理论进行求解。对两腔毫米波回旋速调管放大器进行了理论模拟,并与商业粒子模拟软件的结果进行对比,验证了该数值理论模拟方法的有效性。     

动磁式作动器电-磁-热-流耦合数值模拟

以二自由度动磁式作动器为研究对象,提出基于Maxwell与Icepak的电磁场、温度场、流体场耦合传递方法。将电磁场中的涡流损耗和铜耗映射到温度场,采用强制液冷对作动器进行散热设计,并与自然冷却的温升进行对比。分析冷却液流速对散热的影响规律,利用管内强制对流Dittus-Boelter关联式与数值模拟结果进行对比验证。结果表明,20℃环境下,自然对流散热和液冷强制对流散热的作动器的最高温度分别为137℃和22℃,液冷散热的温升仅为自然对流散热的20%,液冷散热热平衡时间缩短40%;对作动器温升实现有效抑制;冷却液最佳流速选择在1.6 m/s～1.8 m/s,在此范围内达到温升饱和区;冷却液在雷诺数5 000～11 000的湍流状态下,数值模拟结果与Dittus-Boelter关联式偏差控制在5%—10%,验证了数值模拟结果的正确性。     

受迫振动非线性特性的教学拓展

受迫振动在大学物理和大学物理实验中均是重点教学内容,为了使学生更加深入理解受迫振动的非线性特性,本文基于波耳共振仪所涉及的非线性因素和实验数据,对受迫振动方程进行非线性修正,利用数值分析探讨其非线性特性.通过引入硬弹簧型杜芬方程,探讨系统由周期性运动进入混沌状态的演化,将受迫振动中相对稳定的平衡点与奇异吸引子进行类比,拓展非线性振动教学内容.     

一种标准对涡旋流畸变发生器的优化设计

为研究对涡旋流对压气机性能和稳定性的影响,基于一种叶片式旋流畸变发生器进行优化设计,利用数值模拟方法研究了不同几何参数对畸变发生器模拟精度的影响。结果表明:采用叶片稠度为1.45的CDA叶型时,后掠布局的畸变发生器所产生流场的复现有效性最高,总压损失最小。优化后的畸变发生器相较于已有畸变发生器,总压恢复系数提升了 2.2%,在设置的三个测环上,旋流角误差分别减小了 18.2%,48.45%,0.3%。     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.     

三维有限体中平片裂纹的超奇异积分方程方法—Ⅱ.数值方法

超奇异积分方程方法的理论分析已在本文的第Ｉ部分中给出，这一部分是经的数值方法，及用此方法求解的若干典型的平片裂纹问题。     

载体对其负载的Cu-Co双金属催化剂上5-羟甲基糠醛氢解选择性生成2,5-二甲基呋喃的影响

碳-氧键氢解是生物质呋喃基化合物制备交通燃料常见的模型反应,其中5-羟甲基糠醛(HMF)转化为汽油添加剂2,5-二甲基呋喃(DMF)尤为引人关注.本文采用CeO2,ZrO2和Al2O3负载的Cu-Co双金属催化剂用于HMF选择性氢解制DMF的反应中.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、投射电镜、H2-程序升温还原、氨-程序升温脱附和元素分析表征了新鲜的和使用过催化剂的结构,并将其与催化活性相关联.Cu-Co/CeO2催化剂通过在大的Cu颗粒上还原C=O键生成了最多的2,5双(羟甲基呋喃)(BHMF).但Cu-Co/Al2O3催化剂具有高度分散的Cu,Cu-Co复合氧化物和大量的弱酸位,因而生成DMF的选择性最高.Cu-Co/ZrO2催化剂则由于存在强酸位,DMF选择性较低,生成了各种过度氢解产物,如2,5而甲基四氢呋喃和5,5-二(亚甲基)双(2-甲基呋喃).因此,考察了Cu-Co/Al2O3催化剂上的反应路径,以及温度、氢气压力和时间等操作条件的影响,使其具有较优的HMF转化率和DMF选择性.     

考虑二次梯度项及动边界的双重介质低渗透油藏流动分析

在传统试井模型的非线性偏微分方程中根据弱可压缩流体的假设,忽略了二次梯度项,对于低渗透油藏这种方法是有疑问的.低渗透问题一个显著的特点就是流体的流动边界随着时间不断向外扩展.为了更好地研究双重介质低渗透油藏中流体的流动问题,考虑了二次梯度项及活动边界的影响,同时考虑了低渗透油藏的非达西渗流特征,建立了双重介质低渗透油藏流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正差分方法获得了无限大地层定产量生产时模型的数值解,分别讨论了不同参数变化时压力的变化规律及活动边界随时间的传播规律,还分析了考虑和忽略二次梯度项影响时模型数值解之间的差异随时间的变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.