变温热源布雷顿循环的功率密度优化

计入工质与高、低温侧换热器的热阻损失及压气机和涡轮机中的不可逆压缩和膨胀损失,用有限时间热力学方法,导出了恒温热源条件下不可逆布雷顿循环功率密度与压比间的解析式,借助于数值计算,研究了高、低温侧换热器的热导率分配和工质与热源间的热容率匹配对最大功率密度的影响。     

X波段高功率微波馈源辐射总功率阵列法测量技术

 分析了采用阵列法测量高功率微波(HPM)馈源辐射总功率的相关技术环节。仿真计算了某型X带HPM馈源辐射场分布,设计了积分法测量辐射总功率的参数,并对积分总功率与端口注入功率的关系以及积分方法引入的测量误差进行了计算。设计了由8路HPM辐射场功率密度测量系统组成阵列,对馈源辐射场功率密度进行测量,保证功率密度测量结果一致性和重复性。测量结果表明：多路测量系统测量波形相同,单路系统多次重复测量偏差在±0.1 dB内,多路测量系统对同一点辐射场功率密度测量偏差在±0.3 dB内,馈源热测E面方向图与冷测结果基本符合,积分总功率与等效辐射功率测量结果吻合较好。     

布雷顿-逆布雷顿联合循环最优性能

用有限时间热力学研究布雷顿-逆布雷顿联合循环的热力学性能.调整质量流率和底循环压气机的入口压力优化该联合循环的功率和效率.分析表明,分别存在最佳的燃料流率和底循环压气机的最佳入口压力使循环输出功率最大,最大功率对应顶循环压气机压比有附加的最大值.给定质量流率和动力装置尺寸的情况下,通过合理分配顶循环压气机入口和底循环透平出口之间的流通面积,循环输山功率和热效率可以得到再次优化.     

实际闭式中冷回热布雷顿循环新析

用有限时间热力学方法分析了变温热源条件下实际闭式中冷回热布雷顿循环的性能,导出了无因次功率及效率的解析式。由数值计算,分析了循环最优功率和最优效率时的最佳中间压比分配,并研究了中冷度等一些主要循环参数对性能的影响,发现了不管有无回热,中冷都可以提高循环效率这一新结果。     

以广义Redlich-Kwong气体为工质的不可逆回热式斯特林热机循环输出功率和效率

研究了热阻、回热损失和热漏等多种不可逆因素对以广义Redlich-Kwong气体为工质的斯特林热机性能的影响,给出了斯特林热机输出功率和效率的具体表达式并分析非理想回热特性及循环主要性能参数(如循环体积比及工质高低温比等)对循环输出功率和效率的影响.同时指出,只有在理想回热及无热漏的情况下,气体斯特林热机的效率才能达到卡诺效率.     

高功率激光器MOPA相干合成系统分析

输出功率和光束质量一直以来都是高功率激光器的两大技术难点。本文采用并联主振荡-功率放大(MOPA)相干合成方法来提高输出光束的功率和光束质量。建立多级MOPA相干合成系统模型,通过计算分析,得到耦合效率、合成效率对合成功率密度及系统输出功率大小的影响;并对模型略加扩充,得到相位偏差对相干合成功率密度的影响,为高功率激光器的设计提供依据。     

基于微燃机的空气湿化循环构建与分析

基于同一微燃机,构建了注水回热(RWI)、HAT、部分空气湿化(PHAT)、压气机入口喷雾冷却的HAT(AHAT)循环模型,对各循环的性能进行了模拟分析并对比了效率和比功.结果表明,在可比条件下,空气湿化循环功率和效率较回热循环分别提高40%以上和5个百分点左右.研究结果为微燃机改造为空气湿化循环提供了依据和理论指导.     

用光电探测器测量核聚变装置等离子体辐射损失功率

本文叙述了使用十六道光电二极管测量系统,对中国环流器新一号核聚 变装置等离子体辐射损失功率的测量结果。主要实验结果如下：（1）电子回旋波（ECW）波注入,辐射损失功率随时间的变化。（2）弹丸注入等离子体后辐射功率密度增加了1．5倍。（3）超声分子束注入到等离子体后,辐射功率密度增加了30％。     

Einstein制冷循环气泡泵的性能研究

基于Einstein制冷循环设计了气泡泵实验装置,以氨水为工质,对给定工况下气泡泵的性能进行研究。对沉浸比和加热功率对气泡泵的提升性能的影响进行分析,并将实验值与理论模型进行比较。结果表明:气泡泵的液体输送特性与气泡泵提升管管径、沉浸比、加热功率有关;气泡泵的液体流量随着加热功率增大、沉浸比的增大而增大,提升管内径对液体流量的影响不明显。实验结果与理论模型分析结果相一致。     

KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响

 采用正交偏振干涉测量法获得了典型的快速(RG)和传统(CG)生长的KDP晶体折射率空间分布，数值模拟了倍频晶体固定失谐角分别为0和220 mrad时晶体折射率不均匀性对高功率三倍频光转换效率的影响。结果表明：快速生长晶体的折射率不均匀性的均方根约为传统生长晶体的6倍；三倍频转换效率在低功率密度下对折射率不均匀性不敏感，在高功率密度下尤其是转换效率较高时很敏感；当混频过程中的二倍频光不过剩时，在晶体折射率变化对三倍频效率的影响方面，倍频晶体比混频晶体严重；目前国产的传统生长晶体可以满足高功率三倍频实验要求。     

不可逆热电制冷循环的性能优化准则

考虑了热电制冷循环中热阻、热漏和焦耳热等主要不可逆性，引入了特征参量功率消耗比r，借助装置设计参量X表征了内、外不可逆性，利用有限时间热力学建立了制冷功率、制冷系数与特征参量之间的基本优化关系，导出了协调制冷功率与制冷系数的参量r、X以及电流I的优化准则。     

HL-1M装置在NBI期间注入H弹丸和Al杂质的辐射损失特性

使用十六道探测器阵列在HL1M装置上对中性束加热等离子体中注入氢丸和铝杂质的辐射损失功率进行了测量。通过对测量数据的分析,获得了以下主要实验结果:(1)中性束加热等离子体辐射损失功率密度分布在等离子体小半径(35)a范围内较平坦,辐射功率密度为0.1W·cm-3左右;(2)在中性束加热期间,用激光吹气注入铝杂质,辐射损失功率密度增加了1倍,但它的分布不明显峰化;(3)注入的氢丸使等离子体辐射损失功率密度增加了2倍多,且辐射损失功率密度分布显著峰化。     

半导体激光无线传能中光伏电池转换效率

为选择合适的激光参量与光伏电池参量,以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率,通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元,也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池,研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中,在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中,Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W,能量转换效率从50.9%下降至21.2%;GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W,能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加,光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和,但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降,所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。     

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时,散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂, 散热功率密度达到了550 W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。     

Yb浓度对功率依赖的上转换荧光色彩的敏感度调控

控制激发光功率密度是一种调控红绿荧光比率的简单方法.然而,大多数上转换系统对功率的调控并不敏感.本文通过柠檬酸钠辅助的水热法,合成了一系列具有不同Yb浓度掺杂的NaYF₄：Yb/Ho微米棒.通过激光共聚焦显微镜系统,研究了Yb浓度和激发功率密度依赖的NaYF₄：Yb/Ho微米棒的上转换荧光特性.发射谱和同步荧光成像图案表明：荧光红绿比率不仅敏感于激发功率,而且敏感度依赖于Yb浓度.随着Yb浓度的增加,功率调控的红绿比率的敏感度增加,这暗示了功率调控的红绿比率的敏感度可以作为一种度量和评估Yb掺杂浓度的有效途径和方法.通过上/下转换发射谱、激发谱和功率依赖关系,揭示了功率调控红绿比率的机理,并提出了荧光色彩敏感于功率调控的上转换系统具有的特征和判据.本研究为设计和合成高敏感度的功率调控的上转换材料提供了理论基础和实验数据.     

纤维增强复合材料激光烧蚀效应的数值模拟

考虑材料的热解、氧化、相变及辐射和内外对流换热等物理过程,给出了激光烧蚀纤维增强复合材料的物理模型及数学模型。以碳纤维/环氧树脂复合材料为例,编程计算了材料的激光烧蚀过程,计算结果与实验结果符合得较好。计算结果表明：考虑复合材料的内对流时得到的结果更准确;较强功率密度激光辐照时,氧化对烧蚀的贡献可以忽略;功率密度一定时,烧蚀质量随时间近似为线性变化,功率密度越高,烧蚀效率越高。以辐照结束时背表面温度及烧蚀质量为目标物理量,对烧蚀过程做了参数敏感性分析,结果表明：热容及热导率对背表面温度的影响较大;树脂含量对烧蚀质量的影响较大,但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降;激光功率密度超过1 kW/cm2时,辐射系数对烧蚀质量影响较大,但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降。     

发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响

采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

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采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

低杂波电流驱动下加热的数值模拟

应用作者最新改进的求解FOKKER-PLANK方程的程序,首次得到了低杂波电流驱动下的加热功率密度和加热功率.这些数值模拟结果不仅很好地解决了低杂波电流驱动中的功率平衡问题,而且也能为以后的托卡马克低杂波电流驱动实验提供一定的指导作用.     

多级碱金属蒸气激光放大器的输出特性

在全面分析碱金属蒸气激光放大器的激光动力学与流体动力学过程的基础上,结合热效应、饱和放大效应、放大自发辐射、高能级激发与电离的影响,建立了一个相对完善的物理模型来模拟流动散热条件下半导体抽运碱金属蒸气激光放大器的输出特性。计算模拟了纵向和横向两种不同流动方式下,气体流速对输出功率的影响,比较分析了高抽运功率密度下各能级粒子数密度的变化趋势,最后模拟了各级放大器的功率分配比对提高级联放大器输出效率的作用。结果表明:在相同工作温度条件下,多个等长蒸气池和均等抽运光功率分配能让高级数放大器获得比低级数放大器更高的放大倍数。所提模型有助于高功率碱金属蒸气激光放大器的参量选择和优化设计。