CSNS低温氢循环系统的流程方案选择

本文分析了几种典型中子源低温氢系统的流程,结合各自的特点,重点讨论了三种氢循环方式,并对比了三种循环模式的优缺点。针对拟建设的中国散裂中子源(CSNS)低温系统,建议采用超临界氢循环,并在此基础上提出CSNS超临界氢循环低温系统的流程设计方案,为后续各项工作的开展提供理论基础。     

硫酸氢铵高压下相变研究

由于铁电材料在科学研究领域的重要应用,功能铁电材料的设计和机理研究一直是国内外的研究热点。材料的性能离不开结构研究,为了更好的认识和理解一种典型铁电材料-硫酸氢铵的结构和相行为,研究了17GPa压强下硫酸氢铵的高压拉曼光谱。在压力作用下,绝大多数的拉曼谱线向高波数方向移动,并且有两个特征拉曼谱带的强度发生很大的变化(1 018和3 183cm~(-1)),表明硫酸盐与铵离子正四面体的电子云密度发生重构。根据频移-压强曲线关系,得出了硫酸氢铵在6和10.5GPa附近分别存在一阶相变。根据高压下S=O伸缩振动谱带的变化规律,发现了不同相区间氢键的相反作用规律。为AHSO_4系列铁电材料压力作用下结构变化规律提供一定的研究基础。     

焦炉气低温氢分离流程制冷循环

我国每年随焦炉气排放到环境中的氢气是数百亿立方米。文中提出分区液化的低温分离法将焦炉气中的氢分离并同时液化。通过CH4及N2的理想蒸汽制冷循环计算,结果表明CH4的制冷系数是N2制冷系数的2.7倍,而相应卡诺效率是1.6倍。通过Ne、H2、He的理想气体制冷循环计算,结果表明Ne的制冷系数和热力学完善度都最高。从热力学角度而言,可分别采用CH4和Ne作为制冷剂组成制冷循环。     

高压下富氢高温超导体的研究进展

近年来,高压强极端条件下的富氢化合物成为高温超导体研究的热点目标材料体系.该领域目前取得了两个标志性重要进展,先后发现了共价型H3S富氢超导体(Tc=200 K)和以LaH10(Tc=260 K,–13℃),YH6,YH9等为代表的一类氢笼合物结构的离子型富氢超导体,先后刷新了超导温度的新纪录.这些研究工作燃发了人们在高压下富氢化合物中发现室温超导体的希望.本文重点介绍高压下富氢高温超导体的相关研究进展,讨论富氢化合物产生高温超导电性的物理机理,展望未来在富氢化合物中发现室温超导体的可能性并提出多元富氢化合物候选体系.     

高压下氢基高温超导体研究的新进展

富氢材料被认为是室温超导体的最佳候选体系,是物理学、材料科学等多学科的热点研究领域之一。理论和实验研究发现的新型共价氢化物H3S和笼状氢化物LaH10的超导转变温度(T_c)均超过200 K,进一步推动了对富氢化合物超导电性的探索。最近,通过高压实验合成的碳质硫氢化物在288 K的室温下实现了零电阻,让人们看到了室温超导的曙光。本文结合课题组在此领域的主要成果,介绍了3类典型富氢化合物的结构及超导特性,包括近期首次在层状氢化物中发现的具有类五角石墨烯结构的富氢超导体HfH₁₀,其超导转变温度高达213~234 K。     

ZBO存储低温储箱内的压力变化模拟分析

低温推进剂在存储过程中,由于和周围环境存在较大的温差,热量漏入储箱后引起的低温推进剂蒸发不可避免造成储箱内的温度和压力的升高。当压力超过一定值,需要定期排空,从而造成低温推进剂损失。ZBO存储技术通过低温制冷机移出漏入储箱内的热量,可以有效地避免低温推进剂的蒸发损失。对储箱的漏热量进行了计算,并且对ZBO存储过程中储箱内的温度和压力变化过程进行了模拟。     

低温容器内活性炭吸氢性能的模拟研究

以石墨片微元构建活性炭的结构模型,采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法从微观研究H2在以活性炭为基的复合吸氢剂中的吸附特性,获得了不同条件下复合吸氢剂对H2的吸附过程.结果表明,氧化物吸氢剂修饰对活性炭材料的表面化学性能影响较大,引入之后使其吸氢量增加了一倍以上;氧化物吸氢剂嫁接在活性炭上的不同位置吸氢效果不同,以双键连...     

金属氢的高压合成机理

 从氢原子间及氢分子间的相互作用入手，提出了固体氢中氢分子在高压作用下解离为氢原子，并以氢原子相互结合成金属氢的微观转化过程的机理。用这样的转化机理，可以解释毛河光等关于固体氢的拉曼光谱频率随高压变化规律的实验结果。     

深燃LNG工艺低温绝热技术应用

分析了深燃LNG工艺低温绝热技术的应用情况,并就LNG工厂中使用的几种低温绝热材料及结构型式作了介绍,对今后LNG工艺设计具有一定参考作用。     

低温下使用的金刚石对顶砧高压盒和显微光谱系统

自Bridgeman发明套筒活塞高压装置以来,特别是引入金刚石压砧后,高压物理学发展迅速。这种金刚石对顶砧压力盒,简称为DAC,为研究高压下材料的光学性质提供了极大的方便。为进行高压低温研究,目前国内都是将压机浸入液氮中,或向DAC喷浇液氮。这样只能在77K恒温,且必须取出压机后才能加压。     

真空绝热板在大型低温储罐上的应用

真空绝热板(VIP)由于其优良的绝热性能,已经在许多领域得到了广泛的应用,但在大型低温储罐上的应用并不多见。基于这一现状,从绝热效果、技术性以及经济性等方面,论述了真空绝热板在大型低温储罐中应用的可行性。分析表明,真空绝热板可以提高大型低温储罐的绝热效果,降低储罐建造难度和绝热层施工难度,而且还减少了绝热层厚度,降低了绝热成本,可以在大型低温储罐中逐步推广应用。     

低抖动纳秒级前沿的氢闸流管高压脉冲源

 试验用功率MOSFET驱动氢闸流管，做成幅度可达15kV、前沿小于10ns、抖动低于1ns的高压纳秒级前沿脉冲源。简要介绍了脉冲源的电路结构，着重从氢闸流管储氢器加热电压、阴极加热电压、触发脉冲幅度、前沿和延迟几方面测量分析了其对脉冲源输出特性的影响。     

低抖动纳秒级前沿的氢闸流管高压脉冲源

试验用功率MOSFET驱动氢闸流管,做成幅度可达15kV、前沿小于10ns、抖动低于1ns的高压纳秒级前沿脉冲源。简要介绍了脉冲源的电路结构,着重从氢闸流管储氢器加热电压、阴极加热电压、触发脉冲幅度、前沿和延迟几方面测量分析了其对脉冲源输出特性的影响。     

金属氢研究新进展

简要介绍了金属氢的研究意义和应用前景 ,详细评述了有关的高压实验方法和最近的研究成果及进展 ,特别是固体氢的相图、结构和相变 .近十多年来 ,随着超高压技术的发展 ,已能在金刚石对顶砧 (DAC)上产生30 0GPa的静态压力 ,并可进行高压原位实验研究 .对固体氢进行了高压拉曼、同步辐射X射线、光反射和吸收、同步辐射红外光谱等一系列高压物性和相变研究 .从而确定了固体氢的三个相 ,并提出了可能的相结构 .     

基于路径积分分子动力学与热力学积分方法的高压氢自由能计算

在相图研究中, 严格计算一个真实系统在特定温度、压强下的自由能是近年来该领域理论方法发展的前沿. 自Mermin提出有限温度密度泛函理论后, 在电子结构层面, 弱关联系统中人们就其在对自由能贡献的描述已相对完善, 但在原子核运动的描述上, 热运动与量子运动的非简谐项却总被忽视. 本文将路径积分分子动力学与热力学积分结合, 对300 GPa下氢晶体Cmca 结构中原子核热涨落与量子涨落对自由能的影响进行了分析. 发现在100 K核量子涨落非简谐项的贡献约为15 meV每原子, 远大于不同结构间静态焓的差别. 该研究提醒人们简谐近似在核量子效应描述中可能存在的不准确性(即使在低温下). 同时, 我们采取的方法 也为人们进行自由能的准确计算提供了一个简单有效的手段.     

基于有限元方法的L型低温管道传热及强度分析

为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的强度,以某一型号水平-竖直走向的L型HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型。计算得出各工况下的管道温度场分布,以及管道中内管、外管、热桥和绝热支撑上的应力分布情况。分析结果表明:管道的绝热设计满足使用要求,绝热支撑和热桥是外界热量漏入管道的主要途径;L型HV-MLI低温管道中内管与弯头的等效应力随内管内压的增加而增大。在实际使用过程中内管、外管、弯头、热桥等结构不易发生危险;层间剪应力过大是绝热支撑的主要破坏因素。     

低温容器高真空多层绝热性能分析

高真空多层绝热性能对于低温容器的应用与安全至关重要。文中依据逐层导热计算模型,对高真空多层绝热低温容器的气体导热、间隔材料的固体导热和反射屏的辐射换热进行了分析计算,给出了多层绝热层中每一层的温度分布情况,气体导热、固体导热及辐射换热所占的比例,换热系数随层数的变化情况,以及真空度对绝热性能的影响,为提高高真空多层绝热性能提供了理论依据。     

低温推进剂贮存中SOFI和MLI实验研究

根据低温推进剂长时间在轨贮存的要求,设计并搭建了绝热系统地面验证测试装置,对绝热系统的热力学性能进行测试。针对55L贮箱,采用了泡沫绝热(spray on foam insulation,SOFI)和多层绝热(multilayer insulation,MLI)结合的复合绝热系统,分别在高真空(5×10^-3Pa以上)和大气压条件下进行了验证实验(液氮作为替代工质)。贮箱外绝热系统为15m m厚泡沫绝热层和45组多层绝热时,高真空条件下液氮日蒸发率为0.77%,多层绝热层表观热导率为1.29×10^-4W/(m·K),据此折算为液氧时日蒸发率为0.55%。将高真空和大气压条件下的实验结果比较发现,泡沫绝热层所占热阻分别为总热阻的0.19%和45.14%。