EAST 钨偏滤器外靶板热工水力分析

为提高EAST 偏滤器的抗热载和排热能力,将偏滤器第一壁的材料由原来的石墨改为钨,在结构上,靶板采用了类ITER 的单块结构,支撑和冷却采用一体化的盒式结构。确定了EAST 钨偏滤器的冷却结构后,通过水管的流固耦合传热模型,分析了外靶板在紊流冷却方式下的散热情况。同时计算了在水冷系统失效的情况下,偏滤器外靶板的危险区域在3、5、8、10MW·m^-2 热流密度下的瞬态温度分布情况。结果表明,水流速度在4m·s^-1 时, 水管可以承受峰值功率10MW·m^-2 的热流密度,能够很好地满足EAST 装置运行的排热要求。     

热处理对MgO基片的表面形貌以及对CeO_2和Tl-2212薄膜生长的影响

研究了MgO基片在高温退火时表面形貌和表面结构的变化,以及它对CeO2缓冲层和Tl-2212超导薄膜生长的影响。原子力显微镜(AFM)研究表明,在流动氧环境中1100℃温度下退火,MgO的表面首先由未退火时的皱褶形貌,演化为光滑表面,随着退火时间的延长,表面形貌最终演化为具有光滑基底的独立生长峰结构。XRD测试表明,通过高温热处理可以大幅度提高MgO基片表面结晶的完整性。在1100℃温度下热处理8小时的MgO基片上可以生长出具有高度c轴取向的CeO2(001)缓冲层。然后在此缓冲层上制备了厚度为500nm的外延Tl-2212超导薄膜,其临界转变温度(Tc)达到108.6K,液氮温度下临界电流密度(Jc)为2.8mA/cm2,微波表面电阻Rs(77K,10GHz)约为360.9μΩ。     

SO_4~(2-)/TiO_2固体酸的红外和拉曼光谱研究

用IR、Raman光谱研究了SO2 -4 /TiO2 固体酸在不同烧结温度下的结构、晶相转变和表面酸中心。结果表明 ,SO2 -4 与TiO2 表面的结合为螯合式双配结构。当烧结温度小于 5 0 0℃时 ,SO2 -4 /TiO2 样品具有较高的结构稳定性 ,晶相结构以锐钛矿为主 ,表面B酸位数目约是L酸位数目的 2倍。当烧结温度大于5 0 0℃时 ,随着烧结温度的升高 ,表面结合的SO2 4 逐渐流失 ,晶相从锐钛矿转变为金红石 ,表面B酸位减少并消失。     

偏滤器微纳表面冷却通道的过冷流动沸腾数值模拟

为模拟偏滤器水冷模块微纳米结构化表面的传热特性,结合微纳表面可视化微观观察实验数据,在现有气泡参数模型的基础上,对接触角、气泡脱离直径、气泡脱离频率、汽化核心密度等参数模型进行修改,提出可模拟微纳表面过冷流动沸腾传热效果的计算模型。用该模型对压力为4MPa、速度为10m·s-1、进口温度为423K的偏滤器水冷结构中的过冷流动沸腾进行计算,得到常规水冷通道与微纳表面水冷通道各结构的温度与气相体积分布。计算结果表明,微纳表面的平均传热系数提高约一倍;在无氧铜与铬锆铜的许用温度范围内,微纳表面通道偏滤器承受的稳态热流密度可达14MW·m-2。     

高热负荷下偏滤器材料的温度测量

用小试样模拟试验测试了不同功率密度下的材料表面温度分布。用热等静压焊接方法制作了钨为表面的模拟偏滤器材料小试样,用 25mm的电子束作为热源,在真空室中用 0.3mm的NiCr NiSi热电偶测量了2～9MW·m-2功率密度下材料表面的温度分布。结果发现在充分冷却的情况下,表面最高温度约400℃,钨铜焊缝处的平均温度达150℃。     

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。     

液滴撞击冷铝表面的冻结沉积特性

对单液滴撞击冷表面的动态特性进行试验研究,通过快速可视化观测,分析了直径2.6 mm液滴撞击冷铝表面的冻结行为.结果表明,液滴撞击冷表面动态行为可分为铺展、回缩以及冻结沉积阶段.冻结阶段包括铺展过程冻结以及回缩过程冻结.液滴撞击冷壁面前期(0～3.5 ms),We起主导作用,壁面温度对液滴铺展行为几乎无影响。但壁面温度对液滴回缩及冻结过程影响较大.相同We下,壁面温度T-20℃,液滴最大铺展因子基本相同,达到冻结的平衡态铺展因子均小于最大铺展因子,且随壁面温度降低而逐渐增加,为回缩过程冻结.壁面温度T≤-20℃时,液滴最大铺展因子与平衡态铺展因子相同,为铺展过程冻结。本文试验条件下壁面温度-20℃可作为区分液滴撞击冷壁面铺展与回缩冻结的临界温度.     

光纤陀螺用小尺寸高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制

在熔融拉锥法制备保偏光纤耦合器工艺基础上,对小尺寸、高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制工艺进行了研究.采用小火焰设计有效缩短了耦合器的封装尺寸,保偏光纤耦合器几何尺寸达到Φ3 mm×30 mm.通过不同封装工艺的实验,实现了具有高温度稳定特性的保偏光纤耦合器,器件在全温变化范围(－40℃～60℃)内分光比变化量小于2%,串音变化量小于3 dB.     

高温退火对蓝宝石基片的表面形貌和对CeO2缓冲层以及Tl-2212超导薄膜生长的影响

研究了蓝宝石(1102)基片在不同温度和时间下退火时表面形貌和表面相结构的变化,以及它对CeO₂缓冲层和Tl-2212超导薄膜生长的影响.原子力显微镜(AFM)研究表明,在流动氧环境中1000℃温度下退火,蓝宝石(1102)的表面首先局部区域形成台阶结构,然后表面形成叠层台阶结构,随着退火时间的延长,表面发生了台阶合并现象,表面形貌最终演化为稳定的具有光滑平台的宽台阶结构.XRD测试表明,通过高温热处理可以大幅度提高蓝宝石基片表面结构的完整性.在1000℃温度下热处理20 h的蓝宝石 关键词： Tl-2212超导薄膜 蓝宝石 缓冲层     

KrF深紫外光刻投影物镜光机热集成分析与优化

提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法,用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先,采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式,实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次,通过对光学元件进行热力耦合分析,验证了光机系统的合理性。然后,在光机热集成分析条件下,分析了单个光学元件的灵敏度,以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tan θ(F为焦距,θ为物方视场角)畸变的影响。最后,通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化,并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明：在热力耦合条件（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2.5℃、重力）下,光学元件的最大表面面型均方根（RMS）值为9.86 nm,能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2℃、重力）,优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm,校准F-tan θ畸变小于6.00 nm,相较于优化前,波像差RMS提升了46.98%,校准F-tan θ畸变提升了77.69%,达到了设计要求。     

HL-2M装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比

采用SOLPS程序模拟预测HL-2M装置常规和雪花减偏滤器靶板上的热通量。当流入边缘等离子体区域的热功率约为10MW时,利用CFX/ANSYS软件分析这两类偏滤器各结构、冷却水温度分布及形变和热应力分布情况。结果表明:等离子体总功率相同,雪花减偏滤器靶板上的最高温度比常规偏滤器低169℃;雪花减偏滤器结构所承受的最大热应力和形变比常规偏滤器低约3/7。不改变热负载剖面分布,按一定比例提升热流密度或延长放电时间,雪花减偏滤器体现出比常规偏滤器靶板温升低、冷却水温均衡等优点。因此,雪花减偏滤器能处理更多流进偏滤器区域的热能,有效地降低偏滤器工程设计要求。     

翅片结构参数对纵向翅片扁管换热器换热性能的影响

以纵向翅片扁管换热器为研究对象,分析翅片长度、翅片高度及翅片间距对换热性能的影响,并对换热器的翅片结构参数进行优化,得出进口风速为2m/s时理想的翅片结构参数为:翅片长度为400mm、翅片高度为25mm、翅片间距为2.7mm.     

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利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放电情况下的热负荷曲线进行了分析,并就辐射偏滤器和破裂两种放电的热负荷与靶板探针测得的结果进行了比较。     

HL-2M 装置真空烘烤控制系统概述

HL-2M 真空烘烤系统采用两台可编程逻辑控制器(PLC)构成一个自动控制系统,根据工艺要求编制 相应逻辑程序来控制各执行机构,实现对系统加热器电功率、换热器热负荷以及阀门开度的程序调节,达到±2℃ 温升梯度的烘烤目的。PLC 与阀岛建立工业以太网(Profinet)通信协议,通过地址映射的方式控制进出真空室和偏 滤器的开关阀,调整烘烤系统的负载投入。     

车用温差发电装置换热性能的数值模拟研究

建立了用于汽车尾气温差发电器的尾气通道和冷却水通道热交换的三维模型,在运行工况下,对光滑尾气通道和带有平直翅片的尾气通道的换热性能进行了数值模拟,其中翅片通道结构包括了不同的翅片高度以及翅片间距.根据模拟结果并结合通道的压降,得到了翅片高度为9mm、间距为2mm的翅片通道结构为较优的通道结构.结合翅片尾气换热通道的换热...     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析

为提高偏滤器的抗中子辐照能力,兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要,提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂,钨镧合金为热沉材料,钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力,并完成了偏滤器冷却剂回路设计,优化了偏滤器各模块之间的流量分配。此MSC偏滤器靶板设计可以有效去除10~15MW•m^-2热负荷,为适应未来聚变堆偏滤器靶板发展的需要提供了一种设计解决方案。     

CFETR氦冷偏滤器初步设计与分析

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)偏滤器位形,初步设计了指状、平板和T形三种氦冷偏滤器模型,在10MPa入口氦压力、10MW?m-2稳态热负荷下,分别对其进行传热数值分析.通过优化结构设计和氦入口参数,降低了靶板工作温度,探索了三种单元结构靶板处理高热负载的能力.在20MW?m-2的稳态热负荷下,对优化后的T形和指状...     

高功率激光器喷雾冷却的实验研究

 以水为冷却介质,采用Spray公司的TG0.3机械雾化实心圆锥喷嘴,在体积通量为0.044,0.049和0.053 m³/(m²·s)情况下,对刻有不同微结构槽道冷却面的无沸腾区换热性能进行实验研究。结果表明：刻有微结构的表面可明显增强换热效果;壁面刻有高为0.2 mm的微结构槽道且壁面温度为52 ℃时,体积通量为0.044 m³/(m²·s则热流可达260 W/cm²,通量为0.053 m³/(m²·s则散热功率高达376 W/cm²,完全可以满足当前高功率激光器的散热需求。对于光滑面以及槽肋高为0.1和0.2 mm的换热面,其换热能力随着体积通量的增加而增强;换热面高度为0.4 mm时,通量对换热的影响变得较微弱。微结构槽道不仅增加了换热面积,还有利于液膜扩散,减小液膜厚度,增强换热。在三种不同的流量通量下,高度为0.2 mm的微结构槽道换热性能最佳。     

HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

利用SOLPS软件,采用有限元数值计算方法,模拟计算了HL-2M装置雪花减偏滤器靶板上热负载分布,分析了偏滤器温度及热应力分布,并使用ITER内部器件设计评判标准对HL-2M偏滤器结构进行热疲劳寿命的评估。结果表明,在低周循环下靶板大部分区域不会经历严重的塑性疲劳,但距离外侧抽气口4mm位置拱顶区域循环寿命约为1963次。模拟结果对HL-2M装置偏滤器设计具有一定参考意义。