高重复率脉冲放电金属蒸气激光中电泳对金属蒸气分布的影响

建立了一个理论模型描述了高重复率脉冲放电金属蒸气激光中的电泳动力学过程.得到了稳态和瞬态时金属蒸气密度扩散方程的解析表达式.分别计算了高重复率脉冲放电的He-Sr⁺和He-Cd⁺激光在不同时刻金属蒸气密度的轴向分布过程.结果表明，在放电开始后约2s内即可在阴极区建立起相当均匀的轴向金属蒸气密度分布，从而确保了电泳式金属蒸气激光的稳定输出特性. 关键词： 电泳 高重复率脉冲放电 轴向金属蒸气分布 金属蒸气激光     

金属蒸气激光G判据的进一步验证

将先前提出的放电激励金属蒸气自终止类型激光器高效运转的补充判据(G判据)从应用于中性原子激光介质推广至一价离子激光介质,取得了圆满的成功.对已知的17条一价金属离子自终止激光谱线进行鉴别,其中16条均符合G判据,1条不符合G判据的特例也给出了合理解释.进而对业已提出的212条可能的一价金属离子自终止激光谱线进行筛选,认为其中仅有69条符合G判据值得深入探索 关键词： 金属蒸气激光 G判据     

局域热力学平衡态空气电弧等离子体输运参数计算研究

空气电弧等离子体的物性参数为空气电弧放电过程的仿真提供了可靠的微观理论基础和参数输入. 假定体系处于局域热力学平衡态, 基于Chapman-Enskog理论, 采用Sonine多项式三级展开(对黏滞系数采用二级展开) 得到的输运参数表达式, 数值计算得到了不同气压条件下(0.1 atm-20 atm, 1 atm = 1.01325×10⁵ Pa)、 不同温度范围内(300-30000 K) 空气电弧等离子体的输运参数(扩散系数、黏滞系数、热导率、电导率). 与以往的理论研究相比, 最新的相互作用势和碰撞截面研究成果被应用到涉及粒子的碰撞积分计算中, 提高了输运参数计算结果的精度和可靠性.     

蒸气压缩式制冷装置仿真的基本理论和热点问题

针对蒸气压缩式制冷装置仿真的基本理论进行了总结。将稳态仿真方法归纳为四种 :连续替代 (SS)方法、牛顿 -辛普生 (NR)方法、顺序模块 (SM)方法以及联立方程解 (SES)方法。动态仿真研究在总量上还较少 ,从中难以归纳出普遍适用的方法。模型的数值健壮性、模型的通用性以及大型机组的仿真是目前的热点问题。     

带轴向温控仪的金属蒸气激光管径向温度场分析

对带轴向温控仪的金属蒸气激光放电管,建立了描述放电管径向温度场的简单数学模型.给出了由热辐射和热传导引起的径向温度变化的解析表达式,计算分析了轴向温控仪对激光管管壁温度和径向温度分布的作用机制.结果表明轴向温控仪可在一定范围内独立调节放电管管壁温度和减小激光管的径向温度梯度,可有效提高激光器运转效率和稳定性.     

长脉冲高能激光对金属靶材烧蚀实验研究

为研究长脉冲高能激光与金属靶材相互作用的机理,使用2种激光器对铝、钢、铜和钛靶材进行烧蚀试验。记录靶材穿透时的激光轰击次数,测量穿过通孔的激光能量和孔的面积,得到不同材料在不同能量密度下的烧蚀率。实验表明：能量密度低的激光束,即使对靶材可能有烧蚀作用,它的烧蚀率要比能量密度高的激光束小很多。能量密度达到造成液态质量迁移条件的长脉冲激光,可获得较大的烧蚀率和截面积较大的通孔。     

引入6波段P-1辐射模型的三维空气电弧等离子体数值分析

引入了6波段P-1辐射模型,对三维空气电弧等离子体进行了仿真分析.其特点是不仅考虑了热辐射的发射问题,同时考虑了等离子体内热辐射的自吸收问题.通过计算获得了空气电弧等离子体温度和辐射能量的分布并进行了相应的分析.与净辐射系数方法相比较,P-1模型获得的温度分布较宽,其弧柱电压值更接近于实验测量值.研究表明,6波段P-1辐射模型能够更精确地求解空气电弧等离子体的辐射问题. 关键词： 热辐射 P-1模型 空气电弧等离子体 磁流体动力学     

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.     

空气源热泵变浓度与定浓度系统的仿真与比较

针对空气源热泵系统,采用R32/R134a、R32/R134a(wt30/70)和R22为工质,建立了变浓度容量调节系统和定浓度系统的两种稳态仿真流程.通过与定浓度系统的同工况性能比较,可以得出,变浓度系统可扩充常规定浓度系统的运行范围,使系统制热量基本维持恒定,其压缩机耗功量和排气压力高于R32/R134a(wt30/70),但比纯质R22要小,制热系数要高于纯质.这些结论从理论上证实了用变浓度混合工质系统来调节空气源热泵系统容量的优越性.     

气体栓塞现象的理论分析与实验研究

对气体栓塞现象做了比较深入的理论分析和初步的实验研究。     

双钨极耦合电弧数值模拟

基于流体力学方程组和麦克斯韦方程组, 在合理的边界条件下, 建立了双钨极耦合电弧三维准静态数学模型. 通过对方程组的迭代求解, 获得了不同钨极间距和电弧长度下耦合电弧的温度场、流场、电弧压力和电流密度分布等重要结果, 与已有的实验研究符合良好. 模拟结果表明: 与相同条件下的钨极惰性气体保护焊电弧相比, 双钨极耦合电弧的最高温度和最大等离子流速较低, 阳极表面电弧压力和电流密度峰值明显减小; 钨极间距和弧长对耦合电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力等都具有显著的影响, 且耦合电弧阳极的电弧压力和电流密度分布不能用高斯近似进行描述. 关键词： 耦合电弧 三维模型 数值模拟     

有源等离子体在开放大气环境下的反应扩散过程研究

利用一维模型用数值模拟的方法,研究了低气压开放环境下大气等离子体在存在等离子体源的情况下的反应扩散过程.得到了考虑化学反应、扩散以及漂移共同作用下的大气等离子体的主要成分随等离子体注入流量的变化规律及一定流量情况下主要带电成分随时空的演化规律. 将数值模拟结果与一个近似解析公式相衔接,估计达到稳态时维持一定电子密度所需要的等离子体流量,可据此进一步估计所需功率. 关键词： 大气等离子体 等离子体源 数值模拟 反应扩散过程     

保护气对切割弧特性影响的模拟研究

通过比较两种不同结构切割炬所产生的等离子体流场,发现保护气对等离子体的温度和速度分布影响很小.垂直保护气在切割炬喷口形成阻碍作用,造成切割炬内的压强有所升高,但是增加不大.两种结构保护气对切割弧的影响只是在炬喷口外的激波附近.加入保护气后激波的强度会减弱.相对于没有保护气的情况,保护气增加冷却作用,弧电压会略有升高.当改变保护气的成分时,发现弧柱区的氧气含量不受影响,所以保护气成分的改变不会影响到弧电压.计算发现轴线处氧气和周围气体的混合很少,在喷口下游10mm处,氧气的摩尔分数仍在90%以上. 关键词： 等离子体切割弧 保护气 数值模拟     

滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直 关键词： 滑动弧等离子体 温度场 电场强度 导电半径     

脉冲电流作用下TIG电弧的数值分析

建立了脉冲电流下自由燃烧的TIG电弧的二维轴对称数学模型,利用FLUENT软件,通过选择合适的边界条件和强烈耦合控制方程组对脉冲TIG电弧进行了数值模拟,得到了在焊接电流周期性变化下电弧形态、电弧温度场、电弧轴线方向上的温度和速度及焊接工件表面电弧压力的变化情况;针对电弧压力,得到了不同峰值电流、占空比、脉冲频率作用下的分布情况,并分析了它们在脉冲电流作用下的周期性变化规律.分析结果表明:当脉冲电流发生突变时,它们的变化滞后于脉冲电流的变化,且从基值电流向峰值电流变化时的响应速度更快,并最终达到一个相对稳 关键词： 脉冲TIG焊 电弧 数值模拟 FLUENT     

电弧特性及其对熔池形貌影响的数值模拟

通过电弧模型与熔池模型耦合数值模拟,研究了氩弧和氦弧特性及其对SUS304不锈钢钨极惰性气体保护（TIG）焊熔池形貌的影响.通过比较氩弧和氦弧的温度轮廓线以及阳极表面电流密度和热流密度分布发现,氦弧的径向距离比氩弧收缩明显,导致更多热量传递给阳极.模拟了氩弧和氦弧下浮力、电磁力、表面张力和气体剪切力分别对熔池形貌的影响.结果表明：不论是在氩弧还是在氦弧下熔池中表面张力是影响熔池形貌的最主要驱动力.在氩弧下,影响熔池形貌的另一个重要的驱动力是气体剪切力,而氦弧下则是电磁力.由于电磁力引起的内对流运动增加了熔深,从而导致相同氧含量时氦弧下的熔深和焊缝深宽比要高于氩弧下的熔深和焊缝深宽比.随着氧含量的增加,氩弧和氦弧下的焊缝深宽比均先增加而后保持不变.焊缝深宽比的模拟结果与实验结果符合较好. 关键词： 氩弧 氦弧 电弧特性 熔池形貌     

超声波振动辅助下填充填缝工艺的数值研究

本文基于数值方法研究了超声波振动辅助倒装芯片成型下填充填缝工艺。采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对结构和流场之间的耦合运动进行了数值模拟,其中流场部分采用有限体积法对任意拉格朗日-欧拉方法的不可压缩N-S方程进行离散计算,而结构部分采用有限元法对拉格朗日坐标下的弹性动力学方程进行离散计算。在一个时间步内,结构与流场的计算区域的交界面上进行了多次的数值传递和插值,以保证满足耦合面边界条件。计算了超声波振动作为边界条件作用于结构场,而引起的流场中流体流速的变化规律,并通过实验验证了本方法的正确性。同时,监测了流场入口体积流量的变化规律,探究了超声波振幅、频率以及流体粘度等因素对流体流速的影响,为超声波振动辅助倒装芯片成型下填充工艺的应用提供了理论依据。     

声表面波在圆弧处反射及透射的数值研究*

为了研究直达表面波在圆弧过渡面处传播性能的变化,采用有限元方法模拟了热弹机制下,线性脉冲激光辐照金属铝块表面时激发的表面波在近表面传播过程中,在不同曲率半径的圆弧处发生的反射及透射现象,建立了圆弧半径与反射表面波以及透射表面波时域信号特征之间的联系。计算结果表明:曲率半径与表面波中心波长的数值关系对表面波在圆弧处的传播有显著的影响;同时证明了根据透射表面波信号的到达时间可以反演圆弧半径的大小,为之后利用表面波信号定量检测材料表面圆弧凹痕的深度提供了理论依据。