氢原子传输及负氢离子产生全三维数值模拟研究

理论分析了负氢离子源中中性粒子传输特性及引出电极表面产生负氢离子(H^-)的物理过程, 研究了引出孔传输率对氢原子传输的影响,深入剖析了氢原子与不同属性导体壁碰撞以及碰撞后反射的物理情景.基于CHIPIC软件平台,成功研制了全三维 Particle-in-cell with Monte Carlo Collision 氢原子传输及负氢离子产生物理过程的模拟算法,并采用JAEA 10A负氢离子源进行模拟验证.模拟达到稳态后,氢原子平均能量约为0.57 eV, 且H原子呈现+Y漂移,当非均匀氢原子束轰击引出壁时,导致产生的负氢离子空间分布不均匀. 这些模拟结果都与文献符合,验证了算法的可靠性.     

磁绝缘传输线中心汇流区电子能量沉积及温度变化的数值模拟研究

介绍了实现高能电子轰击阳极表面产生的能量沉积及温度变化的数值模 拟理论及方法.构建了一个简单的束发射模型,初步验证了阳极表面电子能量沉积数值计算的准确性. 选取四层圆盘锥形磁绝缘传输线中心汇流区为模型, 对其工作过程中产生的阳极能量沉积及温度变化进行数值模拟,并 将模拟结果与国外相关文献的结论进行了对比,进一步证明了模拟的 准确性.对模拟结果进行了分析,探讨了模拟中结果产生的物理机理.     

JAERI 10 A 离子源体积产生效率数值优化

阐述了拥有自主知识产权的粒子模拟-蒙特卡罗算法, 采用该算法数值研究了JAERI 10 A多峰离子源放电特性, 并分析主要放电参数(气压、放电电极位置、过滤磁场大小、放电电压等)对体积产生率的影响. 模拟结果显示: 为了得到高体积负氢离子产量, 过滤磁场不宜太大, 放电电压不宜太小, 而应该适当选取过滤磁场和放电电压, 主要通过同时调节气压和放电位置来实现离子源优化.     

3维楔形阴极场致发射模型

分析了场致发射的物理机理,在3维Yee网格模型的基础上导出并实现了场致发射的发射条件,并引入Pade网格算法加密尖端网格。以一个楔形阴极场致发射模型为例得到了场致发射的伏安特性曲线,并且在高电压时得到了3/2次方的空间电荷限制流。同时为了解决粒子数与网格的巨大引起的计算量大的问题,引入了消息传递机制并行算法,得到3.0以上的并行加速比。     

94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计, 基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示:该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%,符合回旋振荡管对电子注的要求。     

气体电离的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗数值研究

深入研究电子束对中性气体电离的物理机理,在粒子模拟(PIC)软件CHIPIC的基础上,设计了蒙特卡罗(MCC)电离碰撞模块,并对电子与离子同时进行了跟踪,成功研制了全三维电磁PIC/MCC代码.通过该软件对填充氦气相对论返波管的模拟,对全三维电磁PIC/MCC代码进行验证.模拟结果显示:填充气体可以中和空间电荷限制效应,有效提高电流大小;填充适量的气体可提高功率峰值,扩展脉冲宽度;过量的气体则会缩短脉冲宽度、降低峰值功率.     

基于润滑特性仿真的燃油泵滑动轴承优化设计

磨损加剧是低介质黏度和自冷却结构燃油泵滑动轴承主要失效机制,为提高轴承使用寿命,论文提出了一种基于滑动轴承润滑特性分布规律的轴承优化设计方法.首先基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流润滑模型.其次采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的润滑特性进行了仿真,最后采用基于遗传算法的间接法优化方法进行滑动轴承结构优化设计.研究结果表明:优化后的轴承偏心率为0.822 4,宽径比为1.2,油膜厚度为2.7μm,平均温升为36℃,滑动轴承油膜承载力试验测试值与仿真计算值间的误差最大不超过5%,表明轴承能够很好地承受燃油泵的径向力载荷,从而保证轴承与轴瓦不发生摩擦接触并具有良好的润滑性能.     

概率神经网络在高功率微波探测数据处理中的应用

为了更好地处理高功率微波探测过程中产生的样本数据,在深入分析高功率微波特性参数的基础上,建立一个高功率微波器件特征参数库,并结合概率神经网络系统建立了一个高功率微波探测预测模型。通过部分学习样本和非学习样本进行预测,预测结果证明该模型能够基本再现原始数据,同时,对非样本数据有着较好的预测能力。这一数据处理方法在处理复杂样本、模式分类和判别过程中具有较高的实用性和实时性,能够在高功率微波探测数据的数据分类、结果预测等方面得到较好的应用。     

三维热场致发射模型的数值模拟与研究

研究了场致发射与热电子发射的基本理论, 得出热场致发射的适用公式, 探讨了其粒子的初始分布和初始动量, 并在FDTD-PIC原理的基础上编写了软件, 分别实现了场致发射模型, 热电子发射模型和热场致发射模型, 通过分别对一个长楔形阴极器件的数值模拟, 从发射电流特性, 电子初始能量分布等方面验证了其正确性.     

J-PARC多峰离子源体积产生效率三维数值模拟研究

深入阐述了拥有自主知识产权的粒子模拟-蒙特卡罗算法, 并采用该算法数值研究了J-PARC多峰离子源放电特性, 分析了J-PARC离子源的放电机理, 并在单、双校正磁体下讨论了该离子源体积产生效率. 结果显示: 在单校正磁体下, 校正磁体中心与离子源顶端相距50 mm时, 体积产生效率最大; 在双校正磁体且固定顶端磁体下, 两磁体相距越大体积产生效率越低.