波面热畸变自校正型板条增益介质的瞬态温度分布

提出一种新的激光增益介质板条抽运结构,这种结构能对由激光增益介质板条温度分布不均所造成的波面热畸变实现自校正,并建立了这种抽运结构下激光增益介质板条的瞬态温度分布理论模型,通过解热传导方程,推导出板条增益介质的瞬态温度分布的解析表达式。同时对抽运参量分别为抽运脉冲能量为5.8×104J、抽运重复频率为2Hz和抽运脉冲能量为3.2×104J、重复频率为10Hz两种情况下两种下N-31型钕玻璃板条的瞬态温度分布分别进行了数值计算,分别给出两种情况下10s内和60s时钕玻璃板条的温度分布图并对结果进行了分析和对比,表明采用这种抽运结构的增益介质板条激光器可以以类似热容激光器的方式在短时间内实现高平均功率、高光束质量运转。     

LD侧面抽运板条激光器热效应分析

针对板状Nd:YLF激光介质,在高斯光束抽运情况下,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,对激光介质中各点的温度和应力分布进行了分析和比较.研究发现双侧抽运与单侧抽运相比,更易获得对称的温度分布,随着抽运光斑横截面变大,抽运面中心温度变低.同时得到板条的棱边、端角处存在较大热应力,且引入的机械应力不可忽视,因此,激光器运转时此区域需防止断裂.     

激光二极管抽运Nd:YVO4晶体的三维热效应分析

针对激光二极管抽运的以Nd:YVO4板条晶体为增益介质的激光器件,基于有限容积法数值分析各向异性介质的热传导方程,给出了Nd:YVO4晶体板条结构的热分布数值模型,并分别模拟仿真了808nm半导体激光器双端端面抽运,大面均匀抽运,大面周期分布抽运三种抽运结构,得到了Nd:YVO4板条晶体在这三种抽运结构下的非稳态时不同时刻的温度曲线和稳态时的三维温度分布切面图.     

流体直接冷却薄板条介质温度及应力的解析表达

基于对流传热和热传导原理, 建立了流体直接冷却均匀抽运薄板条激光工作介质的热效应分析模型, 采用平面应力近似和最小功原理, 得到了板条工作介质内部温度分布和应力分布的解析表达式. 研究了不同流道厚度时对流热交换系数和冷却液温升与流体流速的关系, 分析了流道厚度对工作介质的温度分布和应力分布的影响规律, 讨论了之字形和直通光路时, 热致波前畸变随产热功率的变化趋势. 结果表明: 层流和湍流时, 较厚的流道可以实现更好的热管理效率; 增益介质中的热分布关于中心平面对称, 纵向最大温升出现在出水口端, 最大应力畸变集中在板条两端及其侧边; 流道厚度较大时, 工作介质更易形成一维的温度梯度, 产生的应力更小; 之字形光路可以明显缓解热光效应导致的波前畸变.     

掠入射板条放大器链的热效应模拟分析

对LD泵浦的掠入射板条放大器链系统激光介质的热效应进行研究。针对掠入射放大器结构建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、热致波前畸变和热透镜效应进行了详细的理论分析。利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应力及应变的分布情况,并进一步讨论了板条厚度、泵浦尺寸以及种子光入射角对光程差和热透镜造成的影响。结果表明,随着泵浦光斑尺寸和种子光入射角的增大,光程差变小,热透镜效应减弱;板条厚度对光程差和热透镜的影响较小。模拟计算结果对于预测板条热效应的强弱、热效应的补偿,以及放大器链结构参数的设计提供了依据。     

激光二极管端面泵浦多段复合板条激光器热效应

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质,提出了两种选取掺杂浓度的方法,并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明,与单一掺杂浓度板条增益介质相比,采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力,从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率,有利于激光器的功率升级.     

激光二极管端面泵浦多段复合板条激光器热效应

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质,提出了两种选取掺杂浓度的方法,并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明,与单一掺杂浓度板条增益介质相比,采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力,从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率,有利于激光器的功率升级.     

二极管侧泵浦板条固体激光器的热效应研究

 用有限差分法对二极管侧泵浦板条激光介质的温度分布作了数值计算。在此基础上, 对不同条件下二极管侧泵浦激光器的最佳冷却方案进行了研究。用峰值功率为100W, 工作频率为100Hz的二极管泵浦Nd:YAG板条作了实验研究, 所得结果与计算符合较好。     

锯齿形板条抽运结构的热效应数值比较

激光二极管抽运的全固态激光器中,除了激光介质的温度分布和热透镜效应以外,抽运、冷却结构对获得高光束质量、高功率激光输出至关重要。基于热传导方程,在相同的抽运功率和传导冷却边界条件下,对单侧面抽运锯齿形(zigzag)板条、单侧面键合锯齿形板条、部分抽运板条三种不同抽运结构的温度分布、热致应力、温度导致的折射率变化进行了详细的分析,并通过光线追迹方法,比较了光束在锯齿形面内和垂直于锯齿形面内的光程差,由光程差曲线分析了激光束的热透镜效应。对三种抽运结构的端面温度、端面变形和端面变形导致的光程差也进行了对比分析。结果表明,三种抽运结构在锯齿形面内的光束均表现为发散特性,在垂直于锯齿形面内的光束表现为热聚焦效应,温度导致的热聚焦特性相差不是很大。而在消除端面效应方面,键合激光板条具有明显优势。最后,提出了热透镜效应的补偿方法。     

热容激光器激光介质的热力学数值模拟

为模拟激光介质的温度、热应力的分布和变化,建立了激光介质热力学计算模型.该模型从激光介质的瞬态导热微分方程出发,得到沿纵向的热沉积功率密度,并将其作为该微元段的热载荷,加载到该微元段的泵浦区.考虑热容值、热导率、热膨胀系数和弹性模量等与温度的关系,得到激光介质的温度分布和变化,以及热应力的分布和变化.为热容激光器的实验和设计提供参考依据.     

A new fully nonisothermal coupled model for the simulation of ice sheet flow

A shallow ice thermocoupled model for the complex nonlinear polythermal ice sheet dynamics is proposed and solved by means of efficient numerical methods. A novelty is the obstacle problem formulation associated to a nonlinear integro-differential equation (with nonlocal temperature dependent coefficients) for the ice sheet profile. This formulation is motivated by the free boundary feature and the influence of the temperature on the profile (fully nonisothermal model). Concerning the temperature equation, a dynamically prescribed surface temperature, obtained from an Energy Balance model corrected by the altitude effect, is posed. As the profile and temperature equations are fully coupled, a nonlinear PDE system governing the upper ice sheet profile, the velocity field, the temperature and the basal stress is stated. In addition to the numerical difficulties associated to the new profile equation, several techniques have been considered for the numerical solution of the temperature, velocity and basal magnitudes. Discussions concerning the nonlinear dynamics of the different involved magnitudes and the improvement in their computed values with respect to previous works are also presented.     

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将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布.数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布.分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导.     

温度对CrIS热红外卫星资料反演臭氧廓线的影响分析

臭氧是地球大气中一种重要的痕量气体,在光化学反应和气候变化中都扮演着非常重要的角色。高光谱红外卫星可以观测到较高垂直分辨率的大气臭氧信息,但是由于热红外受大气温度影响较大,臭氧反演精度会有所下降。为此详细讨论和分析了温度对臭氧吸收光谱和权重函数的敏感性,以及对臭氧反演精度的影响。首先利用逐线积分辐射传输模型LBLRTM,分别模拟计算了六种不同标准大气模式下,1K的随机温度误差对大气透过率和辐射值的影响,发现1 K温度随机误差和臭氧浓度5%～6%的变化引起的辐射值变化量一致。接着利用CRTM辐射传输模型,针对搭载于美国对地观测卫星Suomi NPP(National Polar-orbiting Partnership)平台上的CrIS(Cross-track Infrared Sounder)红外高光谱观测数据,计算了1K的随机温度误差对大气臭氧权重函数的影响,并计算了由1K温度误差所导致的热红外高光谱资料大气臭氧廓线反演误差,结果显示CrIS对于臭氧的敏感区位于10～100 hPa之间,且1 K的温度误差和6%的臭氧浓度变化引起的权重函数变化量相当。最后以CrIS作为实验数据,在最优估计法框架下,通过特征向量统计法获取臭氧廓线的先验知识,并将大气温度廓线和大气臭氧廓线都作为未知量,进行同步迭代反演。将反演结果和配对的世界臭氧紫外数据中心WOUDC的站点数据进行比较,发现在反演中加入大气温度廓线进行同步迭代后,反演结果有显著提高,尤其在平流层与真值几乎一致,最大相对误差不超过20%,在对流层反演结果相对较差,最大相对误差不超过50%,优于欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecasting)臭氧模式数据集ERA-Interim。     

基于GOSAT卫星数据的大气甲烷反演误差分析及校正

大气甲烷(CH₄)高精度反演受到多种因素的影响,其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素,如地表反射率、温度、湿度和压力廓线。地表反射率受到诸多因素的影响,难以获得精确的数据,会给反演结果带来较大误差。温度、湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源,由此产生的系统误差难以避免,单独利用CH₄吸收带进行反演难以消除此种误差。针对各种参数不确定性的影响,本文提出比值光谱法和CO₂吸收带校正法进行校正。比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱,抑制地表反射率在反演过程中的作用。CO₂吸收带校正法利用CO₂ 1.61 μm吸收带,将CH₄柱含量转化为CH₄体积混合比,校正温度、湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。通过将两种校正方法结合,可同时抑制地表反射率和温度、湿度、压力廓线不确定性产生的影响,减小反演误差。利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH₄反演,采用比值光谱法和CO₂吸收带校正上述误差,结果显示校正后的CH₄体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近,反演精度可达-0.24%,反演结果较为稳健可靠。研究表明,比值光谱法和CO₂吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差,提高大气CH₄反演精度。     

Influence of absorbed pump profile on the temperature distribution within a diode side-pumped laser rod

In this paper, an analytical model for temperature distribution of the side-pumped laser rod is extracted. This model can be used for side-pumped laser rods whose absorbed pump profile is a Gaussian profile. Then, it is validated by numerical results which exhibit a good agreement with the analytical results. Afterwards, by considering a general expression for super-Gaussian and top-hat profiles, and solving the heat equation, the influence of profile width and super-Gaussian exponent of the profile on temperature distribution are investigated. Consequently, the profile width turns out to have a greater influence on the temperature compared to the type of the profile.     

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提出了一种以多目标参数优化确定热斑的温度和密度径向分布的方法。用热斑中心位置和燃料界面位置对应的电子温度、靶剩余烧蚀层峰值密度、剩余烧蚀层质量与初始烧蚀层质量的比值以及燃料与烧蚀层分界面位置构成五维变量空间参数空间的每个点描述一组温度和密度分布。将实验测量的X射线图像的归一化强度分布与理论模型计算的强度分布的方差作为两个目标函数;另一个目标函数是实验测量的热斑的平均温度与理论模型计算的平均温度的方差。通过多目标遗传算法搜索五维参数空间获得最优参数,从而获得最优的温度和密度分布。对KB显微镜配合X射线胶片测量的实验结果进行了计算,给出了热斑的最佳温度和密度的径向分布。由测试算例发现,温度分布对目标函数的依赖较强。     

新型宽温区高热稳定性微波功率SiGe 异质结双极晶体管

宽温区大电流下的热不稳定性严重制约着功率SiGe 异质结双极晶体管 (HBT) 在射频和微波电路中的应用.为改善器件的热不稳定性, 本文利用SILVACO TCAD建立的多指功率SiGe HBT模型, 分析了器件纵向结构中基区Ge组分分布对微波功率SiGe HBT电学特性和热学特性的影响. 研究表明, 对于基区Ge组分为阶梯分布的HBT, 由于Ge组分缓变引入了少子加速电场, 使它与均匀基区Ge组分HBT相比, 具有更高的特征频率f_T, 且电流增益β和f_T随温度变化变弱, 这有利于防止器件在宽温区工作时电学特性的漂移.同时, 器件整体温度有所降低, 但器件各指温度分布均匀性较差.考虑多指HBT各发射极指散热能力存在差异, 在器件纵向结构设计为基区Ge组分阶梯分布的同时, 对其横向版图进行发射极指间距渐变结构设计, 用于改善器件各指温度分布的均匀性, 进而提高HBT的热稳定性.结果表明, 与基区Ge组分为均匀分布的等发射极指间距结构HBT相比, 新器件各指温度分布均匀性明显改善, f_T保持了较高的值, 且β和f_T 随温度变化不敏感, 热不稳定性得到显著改善, 显示了新器件在宽温区大电流下工作的优越性. 关键词： SiGe 异质结双极晶体管 Ge组分分布 发射极指间距渐变技术 热稳定性     

A simple Abel inversion method of interferometric data for temperature measurement in axisymmetric medium

In this work, we describe a simple method of Abel inversion for temperature measurement in a natural convection axisymmetric flow. The essence of the method is that the measured lateral fringe shift profile is fitted with a polynomial with only even powers and then Abel inverse integral is evaluated analytically. This technique is compared with recent existing methods to test the accuracy and error propagation using a simulated interferogram of natural convection flow below a downward-facing heated horizontal disk in air. For this comparison, lateral fringe profiles are simulated using temperature fields computed by solving Navier Stokes and energy equations. Through random-number generation, noise profile is artificially added to the simulated noise-free lateral fringe shift profile. The results showed that the proposed technique for Abel inversion leads to accurate temperature profiles when the lateral fringe shift profile is fitted with even-power polynomials having degrees ranging from 20 to 30.     

Free convective flow through porous medium with variable permeability in slip flow regime with couple stress in the presence of heat source

The unsteady free convective MHDflow of a polar fluid through a porous medium with variable permeability in the presence of heat source bounded by an infinite horizontal porous plate in slip flow regime is analyzed. The transformed nondimensional equations are solved by a perturbation method. The obtained results are presented graphically to illustrate the influence of different physical parameters on the velocity profile, angular velocity profile, temperature profile, and concentration profile. Further the effect of variable permeability parameter on the velocity profile is investigated. Some special cases with their physical significance are discussed and compared with the existing published work.     

洛伦兹光谱线型的高层大气风场被动探测原理分析

通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给出了基于洛伦兹光谱线型高层大气的速度场、温度场和压力场的分布规律和理论计算公式;采用计算机模拟,描绘了洛伦兹光谱线型风场的误差曲线,表明了洛伦兹光谱线型在高层大气风场探测中占有相当重要的地位。