平行风风速对腔体复合热损失特性影响的数值模拟

在恒热流边界条件和不同平行风风速下,考虑通过保温层和腔体壁面的导热热损失,采用三维数值模拟方法对一侧全开的圆柱形腔体复合对流和辐射热损失特性进行研究。结果表明:平行风下,腔体内的温度分布和开口面速度分布都与无风时存在很大差异;随着风速的增大,对流热损失平均努塞尔数Nu_c单调递增,而辐射热损失平均努塞尔数Nu_r并不单调递减,且风速越大,变化越不明显;随着腔体倾角的增大,同一风速下Nu_c和Nu_r并不像无风时那样单调变化。     

风向角对圆柱形腔体热损失特性影响的实验研究

采用电加热的方法,在恒热流和单独底面加热的情况下,实验研究了在不同风速和腔体倾角下风向角对一侧全开的圆柱形腔体热损失特性的影响。实验结果表明:风向角对混合对流热损失努塞尔数Nu_(c,w)的影响比较复杂,其影响与风速和腔体倾角有关;风向角对辐射热损失努塞尔数Nu_(r,w)的影响较小,Nu_(r,w)随风向角的变化只在一小范围内波动。风向角对导热、辐射和混合对流热损失影响较小;辐射和导热热损失随风向角变化有着相同的变化趋势,且它们近似相等,但均远小于混合对流热损失。     

有风环境下太阳能吸热器混合对流热损失特性

采用三维数值模拟方法研究了太阳能吸热器在有风环境下的混合对流热损失特性,得到了吸热器腔体内部的温度分布和采光口截面的速度分布以及对流热损失大小与倾角、风向的关系曲线。结果表明,与无风环境下太阳能吸热器对流热损失随倾角增加而单调减小的规律不同,有风环境下,太阳能吸热器混合对流热损失同时受到环境风和倾角的共同影响,且规律较为复杂。当风向背对采光口时,吸热器混合对流热损失在不同倾角下随风向的变化较小,但当风向正对采光口时,吸热器混合对流热损失随风向的变化较为剧烈,受到倾角的影响也较为显著。     

壁温周期性变化条件下倾斜腔内瞬态自然对流的实验研究

本文设计和搭建了腔体壁温随时间作周期性变化条件下瞬态自然对流换热实验台,对充满水的倾斜腔体,在其一侧壁温维持恒定值、而相对侧壁面温度以此恒定值为时均值并按一定的幅值随时间变化的情况下,实验研究了周期性壁温变化和腔体倾角对腔体内的瞬态自然对流换热规律的影响。实验结果表明通过腔体的净热流总是从腔体的较低壁面指向较高壁面。     

低压氩气电感耦合等离子体特性分析及光谱诊断

电感耦合等离子体具有电子密度高、放电面积大、工作气压宽、结构简单等特点,在等离子体隐身领域具有突出的潜在优势。相对于开放式等离子体,闭式等离子体更适应于飞行器表面空气流速高、气压变化大的特殊环境。研究着眼于飞行器关键部件的局部隐身应用,设计了一种镶嵌于不锈钢壁中的圆柱形石英腔体结构,利用电感耦合放电的方式在腔体中产生均匀的平板状等离子体。由于增加了接地金属,降低了腔体内的钳制电位,同之前的纯石英腔体相比,该结构显著改善了等离子体的均匀性。研究了该闭式腔体内氩气电感耦合等离子体（ICP）的放电特性和发射光谱,实验中放电功率达到150 W时,可以明显观察到ICP的E-H模式转换,此时发射光谱和电子密度都呈现阶跃式增长。氩气发射光谱强度随放电功率升高显著增加,但是不同谱线强度增加幅度并不一致,分析认为是受不同的跃迁概率和激发能的影响。根据等离子体的发射光谱,利用玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行诊断,得到电子激发温度在2 000 K以上,并且随功率升高而降低,因为功率增大使电子热运动增强,粒子间的碰撞加剧,碰撞导致的能量消耗也更大。电子激发温度沿腔体径向呈近似均匀分布,分布趋势受功率影响不大。针对利用发射光谱诊断电子密度误差较大、计算繁琐的问题,引入Voigt卷积函数,经过拟合滤除多余展宽项的影响,得到准确的Stark展宽半高宽。最终利用发射光谱Stark展宽法计算了电子密度,腔体中心处的峰值密度可以达到7.5×1017 m-3。随着放电功率增大,线圈中容性分量降低,耦合效率增大,电子密度随之增大,但空间分布趋势基本不受功率影响。     

倾角对方腔内热对流非线性演化与分岔的影响

倾斜封闭腔内对流换热问题是非线性非平衡系统中研究的热点问题之一.本文采用高精度数值方法对倾斜方腔内流体热对流进行了直接数值模拟,研究了腔体倾角在0°—180°之间变化时,倾角的不同变化过程对流场非线性演化、传热效率以及流动分岔的影响.所考虑的Rayleigh数范围为10~3—10~6.结果表明:表征传热效率的Nusselt数对Rayleigh数、Prandtl数及倾斜角度均具有较强依赖性,在较高Rayleigh数时, Nusselt数会在80°和100°附近产生较大幅度的变化;高Rayleigh数下流场及温度场的演变更为复杂,腔体内存在1—3个对流强度不等的涡卷;低Rayleigh数下腔体倾角接近90°时流动状态为热传导状态.当腔体倾角介于70°—110°之间时,在Rayleigh数Ra∈(4949, 314721)内存在解的两条稳定分支.     

锶原子光晶格钟黑体辐射频移评估

在中性原子光晶格钟的系统不确定度评估中,通常黑体辐射引起的频移是最大的一项.黑体辐射频移主要受周围环境温度的影响.针对国家授时中心的锶原子光晶格钟实验系统,通过理论分析、腔体表面温度的测量和软件模拟相结合的方法,评估了锶原子光晶格钟黑体辐射频移的修正量和不确定度.其中主要分析了锶原子炉、蓝宝石加热窗口、透过窗口片进入到真空腔体内的室温以及Zeeman减速装置对原子团处的热辐射引起的黑体辐射频移.在真空腔体外表面设置了5个测温点,利用校准过的铂电阻温度传感器监测真空腔体外表面的温度变化,用SolidWorks绘图软件建立腔体模型,通过有限元分析软件模拟出在真空腔体温度变化0.72 K时,原子团所处位置温度的波动为0.34 K.最终得到黑体辐射频移总的修正量为-2.13(1) Hz,不确定度为2.4×10~(-17).     

不同水平开口的腔室火灾温度分布数值模拟

火灾对船舶的危害性很大。通常,被模化成顶部开口腔室火灾的船舶舱室火灾备受学者关注,但顶部开口腔室内火灾温度分布受开口位置的影响规律仍未完全揭示。本文利用FDS对不同开口位置下腔室火灾内的火灾温度分布进行研究,研究结果表明,腔室内不同区域的温度分布规律并不相同,火源中心线处垂直温度分布主要受火源功率影响,而水平开口中心处温度与开口位置(开口与火源水平距离)呈线性相关。     

单面加热方管混合对流换热特性实验研究

本文对单壁面加热水平方管通道内混合对流换热进行了实验研究,其中加热面分别为底面、侧面、顶面,Re=1514～3028,Gr~*=2.06×10~6～8.22×10~6;通过对加热面温度进行曲线拟合减小壁面温度测量误差,得到考虑轴向导热的局部Nusselt数的变化规律。实验结果表明侧面加热和底面加热时,局部Nusselt数要明显高于顶面加热的情况;局部Nusselt数在管道前段受Re的影响较大,在后段受Gr~*的影响较大。     

倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响

对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T₀,左壁面(X=0)基于温度T₀按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.     

石英窗口太阳能吸热腔热转换特性研究

建立了具有石英窗口的太阳能高温吸热器的能量传递与转换模型,采用谱带辐射传递因子描述太阳光与热辐射能束的传输特性。结合谱带模型,通过蒙特卡洛射线踪迹法模拟,得到谱带辐射传递因子。在此基础上,分析了太阳能高温吸热器的热转换特性,考察了石英窗口的光学性能参数与吸热芯温度分布对太阳能高温热转换的影响,获得了对太阳能高温吸热腔设计有参考价值的结果。     

普冷温区气体绝缘特性实验系统的设计与分析

超导电缆终端结构的温度涉及到在普冷温区的较大范围,为给普冷温区气体的绝缘特性的研究提供实验平台,设计了普冷温区气体绝缘特性实验系统。介绍了该系统的组成和实验腔体的设计,总结了系统降温的规律特性,并且通过仿真分析实验腔体内的温度场分布和低温交流击穿实验验证,说明所设计的系统能够满足实验要求。     

1985nm激光加热下水滴蒸发实验研究

设计了激光加热液滴蒸发的实验装置,使用石英丝对液滴进行悬挂,采用1985 nm波长激光器对液滴进行加热,利用显微摄像头和红外热像仪对蒸发过程进行监测,通过分析软件得到液滴直径、表面温度分布等相关参数。实验结果表明,激光加热下液滴蒸发过程包括预热段和主蒸发段,预热段液滴尺寸变化不明显,主蒸发曲线同d~2定律相差较大。整个蒸发过程中液滴温度呈现明显的不均匀性,并从液滴预热段温度变化上发现明显的液滴内部流动现象。此外,随着功率增大,蒸发速率也随之增大,液滴蒸发时间缩短,液滴的最高温度升高。     

普冷温区气体绝缘特性实验系统的设计与分析北大核心

超导电缆终端结构的温度涉及到在普冷温区的较大范围,为给普冷温区气体的绝缘特性的研究提供实验平台,设计了普冷温区气体绝缘特性实验系统。介绍了该系统的组成和实验腔体的设计,总结了系统降温的规律特性,并且通过仿真分析实验腔体内的温度场分布和低温交流击穿实验验证,说明所设计的系统能够满足实验要求。     

倾斜多孔腔体内瞬态自然对流的实验研究

本文对充满水和玻璃球的倾斜多孔介质腔体,在其一侧壁温维持恒定值、而相对侧壁温以此恒定值为时均值并按一定的幅值随时间周期性变化的情况下,实验研究了周期性壁温变化和腔体倾角对多孔介质腔体内的瞬态自然对流换热的影响.结果表明,通过多孔介质腔体的净热流总是从腔体的较低壁面指向较高壁面.     

金属腔内场线耦合干扰敏感性

研究了金属腔内电磁场与单导线耦合对线两端部件产生干扰的敏感性问题。利用并矢格林函数计算腔内场分布, 利用Agrawal模型计算获得导线两端负载的干扰响应, 从腔体尺寸、内部干扰源位置及导线位置三个方面分析了建模的微小变化对导线负载干扰的影响。结果表明, 腔体尺寸的微小变化会带来负载干扰响应的很大变化, 在谐振点处该影响尤其明显;腔内干扰源位置的微小变化可能会带来负载干扰响应的巨大变化;干扰响应对导线距离金属腔壁高度的微小变化不敏感, 但单导线位置的微小变化可能带来负载干扰的较大变化。     

聚焦型太阳能集热器中腔体吸收器的热性能研究

本文对采用菲涅尔透镜一半圆式腔体吸收器的聚焦型太阳能集热装置进行了实验研究和理论分析计算.在相同天气情况下,针对具有不同形状玻璃盖层(半圆盖型YG,平板型PB,V型)和未加盖层(开口型KK)时的腔体吸收器在35～90℃温度范围内进行瞬时热效率测试得出热效率曲线,并且在室内测量了此温度范围内不同工况下的热损失.实验结果表明,半圆盖型(YG)吸收器热损失系数最小.本文还借助于CFD软件Fluent建立4种腔体模型,计算了腔体吸热面温度为90℃时的热损失,最后通过与实验结果的分析比较,发现计算值与实验值基本吻合(偏差小于10%).     

双明模耦合的双波段类电磁诱导透明研究

本文设计了一种双层开口方环和双C型结构的超材料结构,在太赫兹波段具有双波段的类电磁诱导透明效应.该结构在1.438 THz和1.699 THz处出现透射峰.通过电磁场分布分析讨论产生双频带电磁诱导透明的原因,利用等效电路分析方法进一步解释了超材料中的类电磁诱导透明效应.研究了超材料开口方环的开口大小和双C型结构距离以及改变入射角度时对透射窗口的影响,结果发现在改变入射角度时,所设计材料透射谱线变化较大,表现出对角度的高敏感性.同时,改变环境的介电常数可以得到该结构的透射谱产生明显的红移.以上研究结果表明该结构在角度滤波器,折射率传感器等器件中有潜在的应用.     

回旋速调管调制腔模拟分析

 多腔回旋速调管中的调制腔采用内外腔同轴结构,对回旋电子注角向群聚起着关键作用。用场匹配理论及HFSS软件对调制腔冷腔特性进行了研究,对多种输入结构、耦合缝尺寸和方位、腔体长度、半径进行了模拟。分析表明,耦合狭缝中心线与输入波导轴线成45°,耦合缝长度达到0.72时,内外腔储能比值达到41.65;耦合缝尺寸对腔体Q值影响较大,但并非呈简单线性关系,并且Q值对缝长的变化比缝宽的变化要敏感得多;而狭缝尺寸变化对谐振频率的影响不大;计算了内外腔储能,得到了模式转换效率高、内外腔储能比高、性能优良的调制腔。     

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究

采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究.实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电.典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流.在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小.激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度.激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值.本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.