纳米流体辐射特性理论分析与实验研究

随着人类社会的飞速发展,能源紧缺、环境污染问题日益严重。当下,开发新能源、发展新能源技术已成为全球各国首要能源策略。作为一种清洁能源,太阳能蕴藏着巨大能量,太阳能利用和相关技术在世界范围内也引起了广泛关注。基于纳米流体的太阳能直接吸收式集热装置能够耦合光伏与光热技术,有利于提高太阳能综合利用的效率。由于纳米流体辐射理论对于开发新的光伏热实验平台具有重要的作用,而纳米流体辐射特性研究仍处于起步阶段,所以对于纳米流体辐射规律及机理的研究具有重要的意义。首先综述了纳米流体辐射特性的研究现状,并对纳米流体的辐射特性进行了理论研究,进而采用瑞利散射模型和Mie(米氏)模型对纳米流体最重要的辐射特性之一的透射率进行了理论分析;而后运用实验进行对比验证,分析不同理论模型与实验数据间的吻合性。结果表明：Mie模型比瑞利散射模型更加准确,在光伏热实验平台开发利用中具有更好的适用性。该研究旨在利用纳米颗粒改变流体对太阳能的辐射特性,探索一种实际设计时纳米流体辐射特性简易高效的计算准则,并得到影响纳米流体辐射特性的重要因素之一的体积分数的变化规律,从而提高太阳能直接吸收式集热装置的太阳能利用率。纳米流体辐射特性理论的分析与研究,有利于促进纳米技术在太阳能领域的应用,提高太阳能的综合利用效率。     

液体驻波演示仪的研制和应用

根据驻波形成的原理及其特点,利用MCU,DDS,LPF等产生频率和相位可数控调节、频率稳定性较好的大功率DDS信号源,使用该功率信号驱动由扬声器、声波汇聚器、有机玻璃管和少量液体组成的驻波演示管. 在驻波演示管内,由扬声器发出的行波和反射面形成的反射波干涉形成物理模型清晰的驻波.     

160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪的设计与乙酰甲胺磷降解实验*

针对现有超声协同臭氧降解农药的研究多集中在20kHz至50kHz的频段内,而效果一直不够理想,以及目前民用的超声协同臭氧蔬果药残降解装置较少的问题,设计了一种160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪。超声波发生器采用SG3525芯片驱动半桥式功率放大电路,并运用小范围扫频技术。臭氧发生器使用市场上量产的小型臭氧机。本文利用该降解仪进行了乙酰甲胺磷农药降解实验,对160kHz超声波协同臭氧的农药降解效果进行了初步研究,结果表明仪器对降解乙酰甲胺磷有效。     

强相互作用费米气体在谐振子势中的干涉演化

通过数值求解超流序参量方程,研究了强相互作用费米气体从光晶格中释放后的干涉条纹在谐振子势中的演化．发现对于强相互作用的费米气体,膨胀时弹性碰撞使得干涉条纹模糊．为了消除原子间的弹性碰撞而获得近弹道膨胀,实验上采用了快速磁场扫描技术．数值模拟了强相互作用费米气体在膨胀前的快速磁场扫描过程,得到了清晰的干涉条纹,且发现干涉条纹在谐振子势中做长时间周期振荡．计算了在不同超流区域所形成的干涉条纹,与实验观测到的一致．     

射频容性耦合等离子体放电特性的光谱诊断

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法,研究了中等气压、中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。理论上,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar气为工作气体,研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。实验上,依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气,测量了不同气压、不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线,分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度,并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。结果表明：当气体压强为300~400 Pa、输入功率为600~800 W时,等离子体近似服从玻尔兹曼分布,此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围,扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合,为中等气压容性耦合等离子体在工业与军事上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。     

金属粒子阵列共振的偏振特性

当金属纳米粒子形成规则分布且阵列周期与单粒子的共振波长近似匹配时, 会形成一种特殊的阵列共振, 这种共振比单粒子的局域表面等离子体共振具有更窄的共振线宽和更高的共振强度. 基于修正的长波近似方法, 讨论了矩形阵列的消光截面与阵列因子和单粒子的极化率之间的关系; 并详细研究了在不同偏振的入射光照射下, 阵列因子随着电偶极子方向的改变而产生的变化, 以及这一效应对阵列共振和消光截面所产生的影响. 结果表明, 大型的方阵是偏振无关的; 在矩形阵列中, 沿着阵列两个轴向的相邻粒子之间的耦合形成了阵列因子的两个极值, 并且分别对应了散射截面的最小值.     

三维静电场实验仪

为克服传统方法不能真实反映静电场的三维本质,综合应用了机械、电子、MCU、传感器、步进电机和计算机接口等技术研制了静电场三维实验仪,实现了静电场的三维空间坐标量和电量的测控,并用所研制的静电场三维实验仪对部分特殊电极所形成的电场进行了模拟实验研究.     

容性耦合射频氩等离子体放电诊断研究及仿真模拟

针对中等气压、中等功率下射频容性耦合(CCRF)等离子体的放电特性,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar为工作气体,研究同一气压时不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。同时依据仿真模型设计制作相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,实验测量了不同射频输入功率时放电等离子体的有效电流电压及发射光谱,进而计算等离子体的电子温度及电子密度;利用玻耳兹曼双线测温法,得到光谱法下等离子体的电子温度及电子密度。结果表明:当气体压强为250 Pa、输入功率为100~450 W时,等离子体电压电流呈线性关系,电子密度随功率的增大而增大,而电子温度并未随功率的变化而有明显变化,其与功率无关。运用仿真模拟验证了实验的准确性,通过比较,三种方法所得的结果相近。通过结合等效回路法、光谱法和数值模拟仿真法初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,提出了结合三种方法作为实验研究的方法,使实验结果更具说服力,证明其方法的可靠性,也为进一步的等离子体特性研究提供依据。