小型外置式氦低温纯化器的换热器设计与优化

在整个氦制冷循环系统中,用来净化低温氦气中杂质的外置式纯化器起着不可或缺的作用。而在整个纯化器的设计中,换热器的设计显得极为重要。该设计选择套管换热器,首先确定套管换热器的内外管径以及壁厚;其次根据经验公式通过低温氦气的工况得出换热管的总换热系数,对换热器盘绕直径进行优化后确定换热器尺寸;然后通过对研制出的纯化器进行实验分析,验证换热器的性能符合设计要求。     

CFETR 25kW 4.5K氦制冷机RAMI初步分析

对25kW/4.5K氦制冷机进行了可靠性、可用性、可维修性和可监测性(RAMI)分析,建立了其可靠性框图,计算并评估了系统的可靠性和可用性。同时,通过故障、影响和危害分析指出了氦制冷机的故障模式,并提出了缓解和维护措施。     

氦液化器内纯化器实验与模拟研究

利用内纯化器实验平台,对氦氮混合气体及氦氧混合气体进行了纯化实验,根据实验结果计算出换热器UA随着压力及气体组分的变化,分析冷凝液膜的变化及对内纯化器换热性能的影响;建立全尺寸冷凝换热器模型,增加氦气-空气混合气体,进行模拟计算,得到管内外流体温度场分布,计算UA值的变化并与实验结果对比,进一步计算了管外流体Nu数、Pr数及Re数的变化,并和利用传热科伯因子法计算得到的Nu数相比较,发现在内纯化器冷凝换热器设计中存在的问题及改进的方向。     

内纯化器在氦低温系统中的应用

近年来,随着国家重大科技基础设施发展的需要,作为其关键设备的低温氦制冷系统取得了重大发展,同时也促进了内纯化器发展。文中简要介绍了内纯化器国内外发展的现状、内纯化器纯化的过程以及内纯化器研制的意义。     

EAST 2kW/4K氦制冷机检漏及真空系统运行情况

介绍EAST超导托卡马克2kW/4K氦制冷机的检漏方法及检漏过程,制冷机的真空系统及运行情况,指出关于大型氦低温系统检漏要注意的一些问题。     

基于可用能和熵产分析500 W/4.5 K氦制冷机优化

利用流程模拟软件对500 W/4.5 K氦制冷机建立静态模型,建立制冷循环的可用能效率以及系统熵产的分析公式.选取透平路分流系数、透平路中间压力、透平路进口温度和压机出口压力关键参数为研究对象,采取氦制冷机的可用能效率分析和系统熵产分析相结合的研究方法,对氦制冷流程进行优化分析.优化后的500 W/4.5 K氦制冷机的...     

CSNS/RCS次级准直器吸收体的冷却设计

作为CSNS/RCS横向束流准直系统的关键部件,次级准直器用于吸收经主准直器散射后不在预定轨道的束晕粒子,其工作原理决定了该设备要求满足强辐射环境下的稳定性、超高真空及高定位精度等要求。基于主准直器的设计及研制经验,对次级准直器结构方案及控制系统进行详细设计。针对关键部件吸收体,结合辐射防护分析结果,考虑水冷降温的方式,设计了控制程序,通过有限元分析软件ANSYS对其进行瞬态热分析,保证吸收体设计的可行性。     

空间遥感器高体份SiC/Al复合材料反射镜组件设计

为消除反射镜与支撑结构材料线胀系数差异产生的热变形对反射镜面形精度、系统成像质量的影响, 采用高体份SiC/Al复合材料作为新型反射镜组件的材料。首先, 通过合理的结构设计及有限元分析比较, 确定了Ф600 mm口径反射镜结构参数, 然后, 对反射镜组件进行了静力学和动力学分析, 在1 g重力载荷作用下, 反射镜X、Y、Z方向去除刚体位移后的镜面变形RMS值分别为12.6, 12.7, 12.6 nm, 达到了λ/50(λ=632.8 nm)。最后, 为了验证高体份SiC/Al复合材料反射镜组件的结构性能及检验结构在振动条件下的抗干扰能力, 对反射镜组件进行了力学试验, 反射镜组件的一阶谐振频率为556.6 Hz。力学试验前后, 反射镜镜面面形误差RMS分别为0.021λ、0.025λ, 没有明显变化。实验结果表明:高体份SiC/Al复合材料反射镜达到了与SiC材料反射镜相同的设计指标要求, 能够满足空间应用。     

浮空器氦气纯化方法应用研究

在浮空器使用过程中,外界空气的混入将导致其内部氦气纯度降低,从而影响到浮空器正常使用.文中通过对常用气体分离方法的分析研究,提出了以高压低温冷凝和低温吸附相结合的方式作为浮空器氦气提纯方式的思路,并详细给出了实现工艺流程和控制方案.换热计算结果表明:该纯化方法液氮消耗量小、氦气提纯成本低.     

基于红外光谱研究沥青燃烧机理和有害气体成分分析

利用Rosemount气体分析仪和定碳炉搭建起固定床燃烧反应试验平台,通过红外光谱分析技术定量分析沥青及其胶浆在高升温速率条件下燃烧反应的有毒气态产物成分、及其释放规律。研究表明,在高升温速率、近等温条件下,沥青及胶浆的燃烧过程可近似分为活泼挥发组分析出燃烧、二次挥发析出结合残炭燃烧两个阶段,其主要气态产物为CO₂,CO,NO,NO₂及SO₂。沥青材料中活泼挥发组分含量是影响燃烧气态产物释放规律的关键因素之一,减少沥青材料中活泼挥发组分的含量可有效降低燃烧气态产物的生成、尤其是CO的产生。     

氦气对MPCVD沉积金刚石的影响

为了确定添加氦气对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜的影响,采用发射光谱法(OES)在线诊断了CH₄-H₂-He等离子体的发射光谱特性,研究了He对等离子体内基团空间分布的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼(Raman)光谱对不同He体积分数下沉积出的金刚石膜进行了表征。结果表明：随着He体积分数的增加,等离子体内H_α, H_β, H_γ, CH和C₂基团的谱线强度均呈上升趋势,其中H_α基团的谱线强度增加最大。光谱空间诊断发现He的加入导致等离子体中各基团的空间分布均匀性变差,造成沉积出的金刚石膜厚度极不均匀。沉积速率测试表明,He的加入导致碳源基团相对浓度增加,有利于提高薄膜的沉积速率,当He体积分数由0 vol.%增加至4.7 vol.%时,沉积速率提高了24%。SEM测试结果表明,随着He体积分数的增加,金刚石膜表面形貌由(111)晶面取向向晶面取向混杂转变,孪晶生长明显。高He(4.7 vol.%)体积分数下由于C₂基团的相对浓度较高,导致二次形核密度增加。此外,由于基片台受到等离子体的刻蚀和溅射作用,导致薄膜沉积过程中引入了金属杂质原子。二次形核和杂质原子的存在使得孪晶大量的产生,薄膜呈现出压应力。     

Modeling of H2O adsorption-induced curvature of a metal/silicon nanocantilever

A model to calculate the curvature of H₂O adsorption-induced bending for a metal/silicon nanocantilever is proposed based on atomic and molecular interaction. Part of the potential of both adsorbates and substrate transfers to the elastic energy of the cantilever, and the total energy of the system reaches a minimum value when adsorption is stable. According to this principle the model is developed to calculate H₂O adsorption-induced curvature of the nanocantilever. The model was tested with the molecular dynamics method using Material Studio software. The results agree with theoretical value. This model gives us a simple method to calculate adsorption-induced bending of the nanocantilever.     

EAST低温系统已研制氦透平膨胀机测试分析

EAST氦低温系统是EAST( Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;4 台氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件.文中主要对已研制出的1台氦透平膨胀机的结构、调试过程与调试结果等进行一些分析,还给出了氦透平的启动过程...     

活性炭在高真空多层绝热中液氮温度下的吸气性能

通过实验获得了活性炭在液氮温度下对N2和H2两种气体的吸附等温线。结果表明:活性炭对N2的吸附效果非常好,对H2的吸附效果较差,相同平衡压力下对N2的吸附量比对H2的吸附量高出2～3个数量级,且在活性炭外包上绝热材料能大大提高其对气体的吸附能力,尤其是对N2的吸附量能提高2～3个数量级,对H2的吸附量也能提高1倍以上。用temkin吸附式对吸附等温线进行拟合,得到了活性炭在10-4～10Pa范围内适用的对N2和H2两种气体的吸附等温方程式。     

染料分子固定基团-CN, -NH2,-OH, -COOH, -SH在ZnO 表面吸附

采用基于第一性原理的密度泛函理论系统研究了染料分子中的-CN, -NH2, -OH, -COOH和-SH等5种固定基团在ZnO 表面的吸附, 分析了它们在ZnO 表面上的吸附机制. 结果表明：5种基团在ZnO 表面都发生了化学吸附, 其中-CN、-NH2和-OH发生了非解离吸附, -COOH和-SH则是表面解离吸附. 5种固定基团的吸附能分别是：-0.64 eV, -1.28 eV, -1.03eV, -1.21eV(-1.40 eV)和-1.14 eV. 综上所述, 以-COOH为固定基团的染料分子制备的染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有更稳定的性能, 这为ZnO染料敏化太阳能电池的设计和应用提供了理论基础.     

氦制冷系统透平膨胀机的测试

为满足中国散裂中子源(CSNS)工程预期发展及未来工程升级需要,建立了一套氦制冷系统。该制冷系统采用氦透平膨胀机,通过气体绝热膨胀来获得低温。文中介绍了透平膨胀机的设计参数、启动条件和运行情况,并对透平膨胀机运行性能进行了分析。实验表明,氦透平膨胀机的设计满足了CSNC装置对冷量的需求,透平效率高于设计值。     

吸附剂吸附特性的实验研究

实验研究了变压吸附系统中不同吸附剂的吸附特性,分析了不同因素对各种吸附剂吸附性能的影响,包括吸附温度、吸附压力和时间。研究发现不同吸附剂的吸附效率在不同的时间段显现出相反情况,提出了吸附剂的选择与运用需要考虑切换时间这一观点。最后得出了本试验装置的最佳压力与温度的变化范围(0.2MPa-0.25MPa,20℃-30℃)。     

Spectroscopy of molecules in helium droplets

The work reviewed in the talk explores the possibilities of using molecules immersed in liquid helium as probes to study superfluidity on the microscopic level. For this purpose liquid ⁴He, ³He and mixed ⁴He/³He droplets consisting of 10³–10⁵ atoms have been doped with single molecules or a small defined number of molecules which form clusters in the droplet interior. The dopants were investigated with high-resolution optical spectroscopy. The electronic and rovibrational spectra show unusually sharp spectral lines and unexpected features such as a distinct gap between the zero phonon line and the phonon wing as well as the free rotations of single molecules. Both are not observed in colder nonsuperfluid ³He droplets and therefore are considered to be new microscopic manifestations of superfluidity. Spectroscopic studies of small p-H₂ and o-D₂ clusters surrounding a single chromophore molecule formed in the interior of the He droplets are also reported.