液氮温区混合回热器斯特林制冷机数值模拟研究

自由活塞斯特林制冷机具有温区广、制冷效率高、结构紧凑、振动小以及寿命长的特点。回热器作为制冷机的核心部件,决定着制冷机的性能。为了提高液氮温区斯特林制冷机的效率,本文提出采用卷绕聚酯酰胺(简称PI)薄膜和不锈钢丝网混合填充的回热器,并对该混合回热器进行了数值模拟研究。首先分析了液氮温区混合回热器的填充参数,接着设计制冷机的尺寸参数并建立制冷机整机的数值模型,最终揭示回热器长度、两种填料填充比以及相位特性对混合回热器制冷性能的影响,并将混合回热器与单一填料回热器进行对比。结果表明,混合回热器在液氮温区具有明显优势,在混合回热器长度为8 cm、卷绕PI薄膜和不锈钢丝网混合填充比例为7:1、排出活塞领先动力活塞60°时获得最佳制冷性能。室温300 K、输入声功为451 W,在77 K获到58.1 W的制冷量,声功计的相对卡诺效率为37.26%,比单一填充卷绕PI薄膜和层叠不锈钢丝网的回热器分别高了6.26%和17.33%。     

双振荡场产生正负电子对的理论研究

在强电磁场下真空产生正负电子对的研究中,多场的组合扮演重要的角色.本文运用计算量子场论方法在全时空数值求解狄拉克方程,研究了两个空间分离的局域化振荡电场击穿真空产生正负电子对的过程.结果表明通过选取合适的场参数,两场的相互作用可以显著增强正负电子对的产生.两场的相互作用使产生正负电子对的动量分布曲线出现了周期性的振荡,并导致了非对称的多光子跃迁过程.通过含时微扰理论分析得出,正负电子对的动量分布的周期性振荡可由电场宽度、电场频率和两场间距共同决定.两场间距能够改变正负电子对动量分布的变化周期,随着两场间距的增大,产生正负电子对的动量(能量)的单一性得到优化;电场宽度不仅影响正负电子对动量分布的峰谷高度差,还会改变其在动量空间峰值的展宽;根据能量守恒定律,电场频率的增大使得产生粒子对的动量随之变大.因此,通过选择合适电场参数可以抑制或加强特定动量分布的正负电子对,这为今后的实验设计提供了重要的理论指导.     

量子噪声对Shor算法的影响

Shor算法能够借助量子计算机以多项式级别复杂度解决大整数因式分解问题,从而破解一系列安全性基于大整数因式分解的加密算法,例如Rivest-Shamir-Adleman加密算法、Diffie-Hellman密钥交换协议等.由于量子测量结果是概率性的,在运行量子线路时很容易受到噪声的干扰,这将导致无法测量得到预期结果.本文分别研究了不同通道的噪声对Shor算法的影响,分别是去极化通道、状态制备与测量通道以及热退相干通道.本文模拟在噪声环境中运行Shor算法并且给出了数值结果.数值结果表明Shor算法成功分解整数的概率易受到噪声影响,其中去极化通道中的噪声能够以指数形式影响Shor算法成功分解整数的概率,其次是热退相干通道噪声,最后是状态制备与测量通道噪声,能够线性影响到Shor算法成功分解的概率.本文能够为后续纠错、改进Shor算法以及确定工程实现Shor算法所需要的保真度等提供建设性意见.     

球状胶束中表面活性剂脱附的离子调控机制

建立耦合伞状采样的粗粒度分子动力学方法,研究球状胶束中表面活性剂分子的脱附过程,揭示表面活性剂聚集数、盐种类及浓度对表面活性剂脱附过程的影响机制。发现球状胶束半径及偏心率均随聚集数增加而增大,盐浓度的影响主要取决于抗衡离子的半径和吸附特性,半径更大、吸附更强的水杨酸根离子对胶束结构的影响更为显著;基于伞状采样方法获得了表面活性剂脱附自由能、脱附时间等关键参数,发现球状胶束中表面活性剂脱附自由能和脱附时间均随聚集数和盐浓度呈非单调变化,揭示其主要机制为离子吸附引起的静电屏蔽作用;发现自由能在表面活性剂脱附过程中起主导作用,结合胶束热力学理论发展了临界胶束浓度预测方法,获得了临界胶束浓度下胶束尺寸的分布范围。     

大连先进光源束流垃圾桶屏蔽设计及热工分析

基于蒙特卡罗模拟软件FLUKA和有限元软件COMSOL对大连先进光源（DALS）束流垃圾桶的设计进行了初步研究。采用FLUKA软件进行了束流垃圾桶和主体建筑的建模,理论公式和模拟计算保证径向和轴向束流垃圾桶沉积能量在99%以上,计算中引入减方差技巧,降低计算结果的统计误差,相应的计算结果的误差在5%以内。同时计算给出侧墙和顶板位置的辐射剂量率的大小,侧墙两边的剂量率大小分别为1.84μSv/h和1.15μSv/h,顶板位置处的剂量率大小约为1.14μSv/h,保证了工作人员的安全与健康。利用COMSOL软件计算束流入射情况下束流垃圾桶的温度分布和热应力的大小,得到稳态情况下束流垃圾桶的最高温度为55.1℃,最大热应力大小为54.5 MPa,小于材料的熔点和屈服强度,保证束流垃圾桶在装置运行过程中的稳定性。     

石墨烯纳米网电导特性的能带机理：第一原理计算

通过第一原理电子结构计算来研究有序多孔纳米网的电导特性变化的能带机理.能带结构分析结果表明:石墨烯纳米网超晶格(3m,3n)(m和n为整数)的电子本征态在布里渊区中心点发生四重简并;碳空位孔洞规则排列形成的石墨烯纳米网具有由简并态分裂形成的宽度可调带隙,无论石墨烯的两个子晶格是否对等.在具有磁性网孔阵列的石墨烯纳米网中,反铁磁耦合使对称子晶格的反演对称性增加了一项量子限制条件,导致能带结构在K点的二重简并态分裂成带隙.通过控制网孔密度能够有效调节石墨烯纳米网的带隙宽度,为实现新一代石墨烯纳米电子器件提供了理论依据.     

基于深度学习的离轴菲涅耳数字全息非线性重构

针对离轴菲涅耳数字全息图,提出基于深度学习的单幅数字全息非线性重构方法 .采用经典的菲涅耳衍射积分模拟数字全息成像以供给网络训练所需样本,利用深度卷积残差神经网络通过学习数字全息图与相关物像之间的非线性数学映射关系实现全息图的物像重构.数值模拟表明,与传统的频率滤波和四步相移技术实现菲涅耳数字全息重构相比,本文提出的方法可直接消除零级像及孪生像,无需条纹物项抽取预处理步骤,且重构的物像具有较高的质量,针对相同记录参考光下不同衍射距离所生成的测试集亦具有较强的稳健性.     

喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性仿真分析及实验研究

为分析喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性,设计用于冷却复合陶瓷薄片的喷流冷却系统.利用湍流换热理论和计算流体动力学仿真方法建立喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的流固耦合热仿真模型,定义评价其冷却能力和冷却均匀性的定量参数.根据该仿真模型得到喷流冷却系统的最优设计参数,并进行实验验证.使用163孔喷板,流量为0.2kg/s,入口温度为20℃,在1200 W泵浦时获得359 W激光输出功率,并测得复合陶瓷薄片上表面的最高温度为92℃.激光输出功率与复合陶瓷薄片上表面温度均与泵浦功率呈近似正线性关系,且温度的实验值与仿真值相符度较高.     

真空中金属丝电爆炸数值模拟研究

利用金属丝电爆炸物理数学模型对电爆炸物理过程开展了数值模拟,研究了不同直径铝丝电爆炸特性,进一步分析了金属丝内沉积能量、电压击穿时刻、电压峰值随金属丝直径的变化规律,并与相关实验数据作了对比。     

靶丸支撑膜对ICF内爆性能影响的模拟研究

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S,模拟研究靶丸支撑膜在惯性约束聚变氘氘（DD）气体靶内爆过程中的扰动演化过程及其对内爆性能的影响.二维模拟表明：靶丸支撑膜显著降低DD气体靶内爆的中子产额,二维模拟产额为一维结果的55.2%.内爆性能下降的主要物理机制是支撑膜使靶壳生成大幅度的尖钉深入DD气体区,使烧蚀层与DD气体之间物质界面处的电子热传导漏失功率显著增大,导致DD核反应速率显著降低,中子反应速率峰值时刻（bang-time时刻）提前.相比一维理想内爆的模拟结果,支撑膜引入的扰动显著降低bang-time时刻DD气体压强与内爆动能转化为DD气体内能的效率,壳层剩余动能相应大幅增加.