对流传热对冷冻靶温度影响的数值分析

 利用计算流体力学的程序Fluent,以法国的兆焦激光装置LMJ为原型,研究了惯性约束聚变间接驱动靶中黑腔内填充气体的自然对流传热效应对靶丸温度分布的影响;通过在黑腔内加入聚合薄膜,减小靶表面的温度不均匀性,得到了最佳腔体分隔模式;并在分隔成7个分区的腔体中,结合调整黑腔壁上下冷却环的温度,当两冷却环之间存在±0.5 mK 的温差时,使得靶丸表面的温度均匀性最终能够满足聚变的要求。     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件, 按有无内压作用, 分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明, 壳体的温度场分布与光束的功率分布一致, 光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心, 而是位于光斑边缘处, 在壳体吸收的激光功率密度超过1 000 W/cm²时, 壳体中应力大于材料的强度极限, 壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下, 壳体应力会产生局部集中, 沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体, 存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此, 为达到相同的毁伤效果, 在存在内压的情况下, 可以适当的降低激光的辐照强度.     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件,按有无内压作用,分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明,壳体的温度场分布与光束的功率分布一致,光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心,而是位于光斑边缘处,在壳体吸收的激光功率密度超过1 000W/cm2时,壳体中应力大于材料的强度极限,壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下,壳体应力会产生局部集中,沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体,存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此,为达到相同的毁伤效果,在存在内压的情况下,可以适当的降低激光的辐照强度.     

大功率发动机控制器壳体温度场仿真分析

摘要：大功率元件过热是控制器ECU失效的重要原因，本文分析了在自然对流散热情况下，元器件布置位置对控制器温度场的影响。对ECU壳体进行数值建模，并运用ANSYS Icepak软件对控制器密封外壳温度场进行了仿真模拟计算。其结果表明：（1）元器件集中放置将会导致密封外壳整体温度较高，且不利于散热，这会使ECU在工作过程中因温度过高而损坏元器件；（2）将功率元器件分散放置靠近外壳的部位，温度场分布均匀，且高温范围小，散热效果较好。通过分析主要功率元器件放置位置对控制器ECU温度场的影响，为PCB板优化布置提供了设计依据，同时也会提高ECU的可靠性、增加ECU的使用寿命。     

四频激光陀螺性能与室温的相关性研究

室温条件下温度对四频激光陀螺零漂的影响非常复杂.为尝试定性找出温度影响陀螺零漂的机理,对室温下陀螺零漂、表面温度、两路信号的光强差及光强和、两臂放电电流差以及和频进行实时监控测试,通过分析计算各个参数与温度的相关系数.得出以下结论:四频激光陀螺各个参数与温度的相关系数随陀螺运行时间的长短而不同,并且陀螺各参数与温度相关系数的逐次偏差也较大,陀螺室温下的温度补偿对四频激光陀螺性能的改善十分有限;室温下和频与温度具有较好的线性关系.但线性比例系数是变化的.     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理,并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后,对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究,实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下,光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化,即交联耦合度<1%,这和理论模型具有较高的一致性。     

光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8 mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5 mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8 ℃,使其最高最低点温度差减小了0.68 ℃。     

基于3维实体重建的直线加速器加速管热稳定性的优化设计

 行波电子直线加速器运行时加速管腔体因铜损会产生不均匀的热变形和腔频率偏移。因无法获知腔频率的准确偏移值,设计加速管冷却系统的一种经验设计方法是控制管体温度离散度在3 ℃之内。提出并实现了一种以直接控制加速管腔体频率离散度为设计目标的方法。采用插值蒙皮曲面造型理论,依据温度场和热变形的有限元仿真结果,高精度重建出变形后的腔体3维实体模型。将其导入到电磁场分析软件微波工作室,解算出不均匀温度分布造成的热变形引起的各腔频率偏移,实现了热-结构-电磁场的耦合分析。以加速管腔体频率离散度最小为设计目标,获得冷却系统优化参数。相对于经验设计方法,可大大减小冷却水流量和水压差,节约运行成本。     

核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究

为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响,设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型,给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为0.01℃的测温电路,对原子气室表面不同位置的温度进行监控,获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较,发现误差在5%之内,验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况,获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。     

超临界二氧化碳冷却器中间分流优化设计

基于超临界二氧化碳毛细管冷却器的设计,对冷却器内部的夹点问题、温差均匀性及(火积)耗散率进行了分析。提高冷却水流量和降低冷却水入口温度能够有效避免夹点传热恶化。水流量和二氧化碳流量不匹配会造成冷却器内部温差分布不均匀,增大传热不可逆损失。中间分流措施能够在原有换热器的基础上,通过改变局部水流量分布,提高冷却器内部温差分布均匀性,降低换热器(火积)耗散率。     

光纤激光器中包层功率剥离器散热性能的优化

光纤激光器系统中的包层功率剥离器在去除残余抽运光和高阶激光时,由于光热转换会产生大量的热能,所以将热能高效的耗散成为当前的研究热点.本文对国内外现有的五种剥离器进行了仿真研究与对比,发现用高折胶法制作剥离器时,改变填胶孔的形状,可以有效地增大热源与传热介质间的表面积-体积比,从而降低剥离器工作时的温度峰谷值;还发现将高折胶法和酸腐蚀法结合制备粗细不均匀的两段式光纤包层结构,可以提升剥离器的热分布均匀性.根据上述发现,提出了一种新颖的剥离器结构并进行了热效应研究.结果表明:包层功率为150 W时,该剥离器的温度峰值为298 K,温度谷值为293 K,温差为5 K;相比于上述五种剥离器,其温度峰值最多降低了11.3%,温度谷值最多降低了8.4%,温差最多降低了87.5%,证明了该剥离器能有效抑制温升及具有热分布均匀性.     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

 理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

被动式直接甲醇燃料电池阳极混合对流模拟

本文根据被动式微小型直接甲醇燃料电池的运行特性,建立了其阳极膜电极二维、非等温、稳态数学模型。模拟结果表明:阳极膜电极内部温度的分布是不均匀的,最高温度出现在阳极催化层,且质子交换膜的温度要高于阳极气体扩散层。由于被动式直接甲醇燃料电池燃料的供给与消耗所引起的强制对流的存在,使得混合对流温度场和速度矢量场与自然对流情况下的不尽相同,利用模型对此进行了数值分析。     

相位延迟器在四频激光陀螺中的应用研究

介绍了典型相位延迟器1／4波片和90°相位延迟膜的工作原理,定义了四频激光陀螺输出信号解调信噪比,分析了相位延迟量对其造成的影响,并就此结果进行了MATLAB仿真。从两种相位延迟器的工作原理出发,阐述了温度、入射角、入射光波长等因素对两者相位延迟量的影响。结合激光陀螺在实际应用中的要求,对两者进行了比较,并得出结论：90°相位延迟膜更适合作为四频激光陀螺输出解调系统中的相位延迟器。     

双光程光纤陀螺的温度致非互易性研究(英文)

为了提高陀螺的精度,提出了一种新型双光程光纤陀螺.在光纤环两端各连接一个偏振分束器,使得偏振光依次沿保偏光纤的快轴、慢轴传输两圈,其有效光程加倍,进而实现陀螺的Sagnac效应加倍.针对该光纤陀螺在温度场扰动下的非互易问题,分析了其特殊结构带来的温度致非互易误差,利用有限元分析法建立了相应的Shupe误差模型,并对光纤环90°熔点位置、光纤环折射率温度系数改变对Shupe误差影响进行了相应的理论计算与仿真分析,结果表明90°熔点置于光纤环中点或者选用折射率温度系数满足特定条件的光纤环可减小其Shupe误差.     

物理参数变化对短脉冲激光激励温度场的影响

 为研究多物理参数（耦合系数、电子热导率、电子热容、晶格热容）同时随温度变化对短脉冲激光辐照金属材料产生温度场分布的影响,基于双温耦合理论,建立了短脉冲激光辐照金属材料金的加热过程的有限元求解模型。在同时考虑脉冲激光的空间、时间分布和多参数同时随温度变化的情况下,得到短脉冲激光辐照金属材料金激励产生的温度场二维瞬态分布,并进一步比较了多物理参数同时随温度变化和采用室温物理参数两种情况下温度场分布的区别。数值结果表明：多物理参数同时随温度变化使电子温度和晶格温度的上升变快,最大值变大,而且使得材料中激光穿透直接辐照到的区域温度变高。     

隔环结构的Ne H2 CuBr激光放电管气体温度径向分布

针对溴化亚铜激光器中放电管径向温度不均匀现象，在工程设计中同时采用隔环结构放电管设计方案和溴化亚铜激光放电管充氢方案。对隔环结构及隔环结构同时充氢的CuBr激光放电管温度场进行了分析。利用简化的热流耗散泊松方程，给出了激光放电管内温度场分布的数学模型，获得了激光放电管气体温度场径向分布的解析表达式，明确了温度分布与输入电功率及缓冲气体热传导系数之间的关系，得到了与实验一致的结果，为该类激光器的实用化提供了理论分析依据。     

双次曝光积分效应实现杂质浓度分布均匀化

 激光诱导扩散中,当入射激光光强为高斯分布甚至均匀分布时，微小扩散区的温度分布不均匀。由于扩散系数是温度的函数，必将导致扩散后杂质浓度分布的均匀性较差，无法制作出高性能的p-n结。提出采用多次激光诱导扩散的积分效应来实现杂质浓度分布的均匀化整形。对于InP衬底的CO_{2激光诱导Zn扩散,利用温度闭环测控系统测得的基片表面热斑温度场分布，分析计算了两次激光诱导扩散重叠区域的浓度分布积分效应。在此基础上模拟计算出，用双次曝光积分效应做杂质浓度分布的均匀化整形时，基片上两次激光照射位置的最佳间隔为20 μm。这为改进激光诱导扩散工艺，用多次曝光实现面均匀的杂质浓度分布奠定了理论基础。}     

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时,也会在晶体内部产生非均匀温升,引起折射率变化,破坏位相匹配条件,影响激光器谐波转换效率.解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场.由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性,无法得到温度场的解析解.利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM00模式下产生的温度场计算公式,分析了对温度场分布的各种影响.所得结果对连续波腔内倍频激光系统设计将起到指导作用.     

Ar-O_2混合气体电弧的数值模拟

混合气体电弧被广泛地应用于焊接制造领域,为了深入理解混合气体电弧的传热和传质特性,本文建立了Ar-O_2混合气体电弧的二维稳态数学模型.模型基于局域热平衡假设,混合气体电弧的热力学参数和输运系数是温度和氧浓度的函数,分别采用组合普通扩散系数和组合温度扩散系数描述氧和氩两种组分之间的扩散行为,研究了不同电流条件下的氧分布及其对电弧温度场和流场的影响.结果表明,对于Ar-5%O_2的混合气体电弧,氧在电弧中呈现极不均匀的分布,在电弧中心轴线附近和靠近两极的区域,氧浓度高于混合气体浓度,而在其他区域则明显小于混合气体浓度.在小电流时,氧集中分布于阴极和阳极附近,且在阴极附近出现峰值;而在大电流时,氧的分布明显向阳极集中,且在阳极中心附近出现峰值.两种情形下,氧在距离阳极表面0.1 mm的区域分布都不均匀.与纯Ar保护相比,混入5%的O_2使电弧出现一定程度的收缩,温度和等离子体流速升高.