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Xe^(23+)离子束轰击低温工况下的无氧铜表面解吸性能研究

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材料导报 2024年第1期38卷 131-135页

作者：焦纪强蒙峻罗成柴振谢文君中国科学院近代物理研究所兰州730000 先进能源科学与技术广东省实验室广东惠州516003 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049

强流重离子加速器运行时产生动态真空效应引起束流寿命缩短,需安装无氧铜束流准直器来降低该效应。为探究无氧铜材料在离子束轰击下的解吸性能,本工作设计并研制了满足低温工况的解吸率测试装置,在兰州重离子加速器国家实验室利用Xe^(2... 详细信息

强流重离子加速器运行时产生动态真空效应引起束流寿命缩短,需安装无氧铜束流准直器来降低该效应。为探究无氧铜材料在离子束轰击下的解吸性能,本工作设计并研制了满足低温工况的解吸率测试装置,在兰州重离子加速器国家实验室利用Xe^(23+)离子束完成了无氧铜温度在4.2 K、20 K、77 K和300 K,以及束流能量为0.58 MeV/u、0.96 MeV/u和1.3 MeV/u的在束试验。结果表明,离子束轰击无氧铜表面时解吸出最多的分子为H_(2),其次分别为H2O、CO、CO_(2)、Ar和O_(2);当温度为4.2 K、束流能量为0.58 MeV/u时无氧铜解吸出H2的比例为87.74%。在同一能量下,随着无氧铜表面温度的升高,解吸率呈增加趋势,能量为0.58 MeV/u时,4.2 K下无氧铜的解吸率仅为25 mol/ion,小于300 K时的600 mol/ion,表明温度越高其解吸产额越大。在同一温度下,随着束流能量的升高无氧铜表面解吸率增加,但增加趋势逐渐减缓,解吸产额趋向饱和。

关键词：强流重离子加速器无氧铜低温工况解吸率在束试验

工艺参数对低温液体喷射混合器混合性能的影响

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低温工程 2019年第2期 27-34,46页

作者：高慧毅陈叔平陈鸿乔陈秋雄温永刚焦纪强兰州理工大学石油化工学院兰州730050 深圳市燃气集团有限公司深圳518040

为了优化液化天然气气质,探究工艺参数对低温液体喷射混合器内部流场的影响,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同工艺参数喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:喷射混合器的... 详细信息

为了优化液化天然气气质,探究工艺参数对低温液体喷射混合器内部流场的影响,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同工艺参数喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:喷射混合器的主流体入口压力、引射流体入口压力及混合流体出口压力均存在一个最优值,在考虑实际生产环境的基础上,应使其值尽可能的接近这一临界值;在其他工艺参数确定的情况下,随着引射流体入口温度的增大,喷射混合器的混合性能越好,可适当增大引射流体入口温度,以提高喷射混合器的混合性能。主流体入口压力0.22 MPa、引射流体入口压力0.1 MPa、混合流体出口压力0.1 MPa、引射流体入口温度249.15 K时,该结构喷射混合器的混合性能最好。

关键词：喷射混合器工艺参数压降流场数值模拟

低温液体BOG再液化系统压力及蒸发率试验研究

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低温与超导 2018年第5期46卷 28-31,45页

作者：焦纪强陈叔平高慧毅金树峰姚淑婷王旭东兰州理工大学石油化工学院兰州730050

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上... 详细信息

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上参数与时间的变化规律,计算了储罐静态蒸发率与漏热量。结果表明:储罐压力随时间增加而逐渐上升,在480min之前压力上升速率较快,为10.9Pa/s,之后上升速率逐渐减小。从液相到气相的温度依次升高,液相内部的温度相差较小,约为1.2℃;随时间的增加,液相和气液分界面的温度逐渐升高,气相的温度逐渐降低,480min后达到相对稳定的状态。初始充装率为0.7时,自然蒸发的BOG流量随时间增加逐渐减小;经计算,储罐静态蒸发率为2.04%/d,漏热量为4.1W。试验结果为后续开展低温液体BOG再液化研究提供了相关依据。

关键词：低温液体 BOG 高真空变密度多层绝热蒸发率试验研究

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低温工况下无氧铜解吸率测试系统

材料导报 2023年

作者：焦纪强蒙峻罗成柴振谢文君中国科学院近代物理研究所先进能源科学与技术广东省实验室中国科学院大学核科学与技术学院

结构组成及功能图S1给出了低温工况下无氧铜解吸率测试系统结构示意图，主要包括真空腔体及真空获得设备、测试样品无氧铜、低温组件、试验台架与数据采集控制系统。真空腔体材料为316LN，直径为154 mm，与其余设备均采用CF密封方式连...

结构组成及功能图S1给出了低温工况下无氧铜解吸率测试系统结构示意图，主要包括真空腔体及真空获得设备、测试样品无氧铜、低温组件、试验台架与数据采集控制系统。真空腔体材料为316LN，直径为154 mm，与其余设备均采用CF密封方式连接，真空获得设备由分子泵机组和离子泵组成，有效抽速分别为410 l/s和480 l/s(对N2抽速)。

关键词：

结构参数对液态甲烷-丙烷喷射混合器混合特性的影响

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低温工程 2018年第4期 49-56页

作者：陈叔平高慧毅陈秋雄温永刚姚淑婷金树峰焦纪强兰州理工大学石油化工学院兰州730050 深圳市燃气集团有限公司深圳518040

为了优化液化天然气气质,探究结构参数对喷射混合器内部流场的影响,优化其结构,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同引射角度和喷嘴直径喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:... 详细信息

为了优化液化天然气气质,探究结构参数对喷射混合器内部流场的影响,优化其结构,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同引射角度和喷嘴直径喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:液态甲烷和丙烷可互溶,引射角度发生变化时,速度核心发生了不同程度的偏移,随着引射角度的增加速度核心偏移程度逐渐得到改善。压降随着引射角度的增加呈现先减小后增大的变化趋势,混合流体出口压力呈增大的趋势,两股流体混合后引射流体质量分数沿中心轴线方向呈逐渐增加的趋势,当引射角度为90度时,两股流体混合后流场分布相对其它引射角度均匀,速度核心偏移现象较不明显,且压力降、混合流体出口压力及引射流体的质量分数最大。喷嘴直径过大时,喷射混合器出口位置出现了回流现象。随着喷嘴直径的增加喷射混合器内两股流体达到均匀混合所需的距离增大,压力降、混合流体出口压力及混合后引射流体质量分数逐渐减小,当喷嘴直径为13 mm时,压力降、混合流体出口压力和两股流体混合后引射流体的质量分数最大。

关键词：喷射混合器引射角压降数值模拟

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基于两相流的无损储存系统仿真与实验研究

低温工程 2018年第6期 65-71页

作者：赵一力陈叔平金树峰陈鸿乔汪乘红焦纪强王旭东兰州理工大学石油化工学院兰州730050

研究了无损储存(Zero Boil-Off,ZBO)储罐内低温液体流场的变化情况,针对液氮无损储存储罐建立二维轴对称模型,以UDF程序定义蒸发冷凝模型,分别对制冷机关闭和开启两种工况下储罐内部温度场、速度场进行数值仿真计算,得到了液氮储罐内流... 详细信息

研究了无损储存(Zero Boil-Off,ZBO)储罐内低温液体流场的变化情况,针对液氮无损储存储罐建立二维轴对称模型,以UDF程序定义蒸发冷凝模型,分别对制冷机关闭和开启两种工况下储罐内部温度场、速度场进行数值仿真计算,得到了液氮储罐内流体流动、传热等规律。结果表明:制冷机关闭工况下,氮气温度从边界到储罐中心逐渐降低,液氮在储罐漏热作用下产生涡旋,温度逐渐趋于一致;制冷机开启工况下,模拟初始阶段储罐内流场与制冷机关闭工况基本一致,后期氮气温度降低至77 K,制冷量对液氮流场影响较小。搭建液氮储罐实验平台对模拟结果进行验证,仿真计算结果与实验结果对比表明:两者结果较为吻合。

关键词： ZBO无损储存液氮储罐低温制冷机两相流

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医用重离子加速器薄壁真空室研制

原子能科学技术 2020年第11期54卷 2245-2251页

作者：罗成杨伟顺谢文君李长春柴振朱小荣刘建龙焦纪强万亚鹏蔺晓建马向利张喜平蒙峻陈叔平兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 惠州离子科学研究中心广东惠州516003

中国科学院近代物理研究所研制的医用重离子加速器装置是我国第1台拥有自主知识产权的医用重离子加速器,其高频脉冲二极磁铁使用RAMPING工作模式且磁场上升速率为1.6 T/s,所以安装在高频脉冲磁铁内的真空室采用一种薄壁加筋结构不锈钢... 详细信息

中国科学院近代物理研究所研制的医用重离子加速器装置是我国第1台拥有自主知识产权的医用重离子加速器,其高频脉冲二极磁铁使用RAMPING工作模式且磁场上升速率为1.6 T/s,所以安装在高频脉冲磁铁内的真空室采用一种薄壁加筋结构不锈钢真空室以减少涡流对离子束稳定性的影响。然而由于薄壁加筋不锈钢真空室占用磁铁气隙尺寸偏大,不仅造成了磁铁造价成本偏高,更是提高了运维成本。基于以上原因,本文提出陶瓷内衬薄壁(0.3 mm)真空室,并研制了原理样机。测试结果表明:样机真空度进入了10-10 Pa量级范围,并可有效减小磁铁气隙,是未来加速器薄壁真空室的发展方向。

关键词：医用重离子加速器装置薄壁真空室薄壁加筋陶瓷内衬

超高真空环境下TC4钛合金和ZrO2陶瓷的出气性能研究

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材料导报 2024年

作者：焦纪强蒙峻谢文君刘建龙魏宁斐罗成郭方准王润成大连交通大学机械工程学院中国科学院近代物理研究所中国科学院大学核科学与技术学院

内衬超薄壁真空腔体是离子加速器真空系统的核心元件，为了获得超高真空环境，对内衬材料的出气性能有较高要求。基于新型双通道出气率实验装置，完成了TC4钛合金和ZrO2陶瓷在常温抽气、不同烘烤温度及烘烤结束后不同温度下的出气率实... 详细信息

内衬超薄壁真空腔体是离子加速器真空系统的核心元件，为了获得超高真空环境，对内衬材料的出气性能有较高要求。基于新型双通道出气率实验装置，完成了TC4钛合金和ZrO2陶瓷在常温抽气、不同烘烤温度及烘烤结束后不同温度下的出气率实验；通过数值拟合方法获得了材料在不同加热温度下的出气率表达式。搭建了钛合金内衬超薄壁真空腔体压力实验装置，通过实验和仿真对比分析了不同工况下的压力分布。结果表明，烘烤温度越高，最终出气率越低，250 ℃烘烤时出气率较150 ℃降低了约21%。经过高温烘烤后，当材料温度从50 ℃升高至210 ℃时，两种材料的出气率呈指数增加趋势，但钛合金的出气率低于陶瓷的出气率。常温抽气和烘烤过程中真空腔体压力梯度较小，对其进行升温时中间位置压力变化幅度较大，当温度为100 ℃，中间位置压力从初始值1.41×10-9Pa升高至4.51×10-9Pa；压力仿真结果和实验结果一致，平均相对偏差为6.86%。以上结果填补了钛合金和陶瓷出气率数据库，能够预测及评估真空腔体不同工况下的极限压力，为超高、极高真空获取提供数据支撑。

关键词：离子加速器超高真空 TC4钛合金 ZrO 陶瓷出气率压力分布

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大型重离子加速器真空系统及其挑战

真空科学与技术学报 2021年第9期41卷 826-834页

作者：蒙峻杨伟顺罗成谢文君柴振李长春焦纪强万亚鹏刘建龙蔺晓建马向利朱小荣张喜平魏宁斐中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院大学北京100049

中国科学院近代物理研究所从历次的大科学装置建设中,积累了大型真空腔体、超高/极高真空系统以及强流重离子加速器真空系统等设计经验。为了获得超高/极高真空系,从真空设备选择、材料处理、密封形式以及在线烘烤等方面形成了一套完整... 详细信息

中国科学院近代物理研究所从历次的大科学装置建设中,积累了大型真空腔体、超高/极高真空系统以及强流重离子加速器真空系统等设计经验。为了获得超高/极高真空系,从真空设备选择、材料处理、密封形式以及在线烘烤等方面形成了一套完整的工艺流程;在强流重离子加速器(High Intensity Heavy ion Accelerator Facility,HIAF)真空系统研制过程中,为了减小磁铁气隙尺寸,大幅度降低磁铁造价及电源运维成本,提出陶瓷内衬薄壁真空室新方法,并研制了原理性样机;为了有效控制HIAF未来运行过程中的动态真空效应,设计了束流准直器,开展了真空材料解吸率测量研究;为了解决高放射性区域真空系统的维护问题,提出了自重密封结构,同时研制了充气膨胀密封法兰;为了进一步优化高精度环形谱仪真空度,开展低温极高真空系统研究。

关键词：陶瓷内衬薄壁真空室动态真空效应解吸率低温极高真空系统