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高热流密度下微纳表面过冷流动沸腾传热特性

实验力学 2024年第4期39卷 434-442页

作者：黄桓淳黄生洪周展如中国科学技术大学材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

微纳结构表面的强化传热技术在高热流密度的电子设备和托卡马克偏滤器等冷却系统中有很大的应用潜能。微纳表面过冷流动沸腾传热过程复杂,其传热特性的影响因素及其影响机制尚不明确,因此限制了微纳表面的广泛应用。针对这一问题,对3种... 详细信息

微纳结构表面的强化传热技术在高热流密度的电子设备和托卡马克偏滤器等冷却系统中有很大的应用潜能。微纳表面过冷流动沸腾传热过程复杂,其传热特性的影响因素及其影响机制尚不明确,因此限制了微纳表面的广泛应用。针对这一问题,对3种不同结构的微纳表面开展了水的过冷流动沸腾实验研究,实验条件如下:压力为0.5MPa、1MPa与1.5MPa,流速为1m/s、3m/s与5m/s,入口过冷度为303K、313K与323K,热流密度为3.4MW/m^(2)~13.1MW/m^(2)。基于实验得到的530组过冷流动沸腾传热实验数据,评估了现有文献中的25个流动沸腾传热系数经验关系式,表现最好的公式是Kutateladz公式,其平均绝对误差为22.2%。评估结果可为微纳表面强化传热技术在冷却系统中的应用提供参考。

关键词：微纳复合结构表面过冷流动沸腾传热系数经验关系式

紧凑环芯部加料装置用大电流高重频脉冲电源系统的研制

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核聚变与等离子体物理 2024年第3期44卷 304-311页

作者：李运海叶扬唐良浩谭名昇童义杨荣谢晓峰邓天白孔德峰陶骏合肥质子跃动科技有限公司合肥230088 合肥综合性国家科学中心能源研究院合肥230031 安徽大学电气工程与自动化学院合肥230601

紧凑环注入(CTI)技术是聚变装置实现堆芯加料的有效手段,为实现CTI设计了一套大电流、高重复频率脉冲电源系统。对等效后的RLC二阶放电电路进行集总参数计算公式推导,得出了放电电流峰值、半波周期等关键参数的计算公式,并设计了四路脉... 详细信息

紧凑环注入(CTI)技术是聚变装置实现堆芯加料的有效手段,为实现CTI设计了一套大电流、高重复频率脉冲电源系统。对等效后的RLC二阶放电电路进行集总参数计算公式推导,得出了放电电流峰值、半波周期等关键参数的计算公式,并设计了四路脉冲电源的基本参数;进一步进行了参数建模仿真,给出仿真波形和结果参数。对关键的放电开关器件进行分析选型,并设计电源低感安装结构。在全超导托卡马克紧凑环注入装置(EAST-CTI)上对电源进行了放电测试,通过远程控制软件灵活设置参数和控制电源的工作时序,实际放电波形、输出电流参数与理论计算和仿真吻合性好。电源系统的峰值电流超过300kA,重复频率为2Hz,这表明所设计的电源系统可以有效地应用于紧凑环注入装置,并具有良好的工程实用价值。

关键词：紧凑环注入装置高压脉冲电源引燃管芯部加料技术

EAST-CTI测试平台上六硼化镧等离子体源的研制

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核聚变与等离子体物理 2024年第1期44卷 24-29页

作者：孟凡卫张小辉胡广海孔德峰叶扬黄艳清齐美彬赵志豪李博董期龙合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 合肥综合性国家科学中心能源研究院合肥230031 衡阳师范学院物理与电子工程学院衡阳4210024 石河子大学理学院石河子832003

为了更方便和深入研究紧凑环注入(CTI)系统产生的等离子体团在等离子体中的演化过程,特设计了一套大尺寸、均匀的六硼化镧等离子体源,用来产生磁化、高密度等离子体。等离子体源的阴极采用钨丝间接加热的方式来达到工作温度,阴极最高可... 详细信息

为了更方便和深入研究紧凑环注入(CTI)系统产生的等离子体团在等离子体中的演化过程,特设计了一套大尺寸、均匀的六硼化镧等离子体源,用来产生磁化、高密度等离子体。等离子体源的阴极采用钨丝间接加热的方式来达到工作温度,阴极最高可达到1800℃。阳极采用耐高温、透过率50%的钼金属网,与阴极之间轴向间距1m。在阴极和阳极之间施加40~200V偏压,阴极发射的电子与中性气体碰撞、电离进而产生长1m直径100mm的稳态磁化等离子体柱。在台面实验中,测试了源的放电性能和等离子体相关参数。实验结果表明,在阴极发射电流密度为1~2A·cm^(-2)的情况下,测得的氩等离子体电子密度可达到10^(18)m^(-3)量级,电子温度约为8eV。通过增加阴、阳极之间偏压,阴极发射电流密度最高达到8.5A·cm^(-2),等离子体参数与托卡马克边界参数相近。该等离子体源满足设计要求并具备为EAST-CTI系统开展台面实验的能力。

关键词： EAST-CTI 六硼化镧阴极等离子体源磁化等离子体

不同尺度缺陷对超导线圈绝缘复合材料机械性能的影响研究

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天津科技 2024年第10期51卷 26-29页

作者：侯艳青刘小川李建军魏鑫成马媛媛陶博伟安徽理工大学安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230051 西南交通大学四川成都610031 中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031

绝缘系统对超导线圈起绝缘、固定和支撑的作用,极低温度、大电流、高磁场等极端条件使得超导线圈承受较大的应力及应变,这对线圈绝缘力学性能提出了更高的要求。以超导线圈中的绝缘系统为研究对象,开展含有不同尺度缺陷的绝缘复合材料... 详细信息

绝缘系统对超导线圈起绝缘、固定和支撑的作用,极低温度、大电流、高磁场等极端条件使得超导线圈承受较大的应力及应变,这对线圈绝缘力学性能提出了更高的要求。以超导线圈中的绝缘系统为研究对象,开展含有不同尺度缺陷的绝缘复合材料低温下力学性能测试试验。结果表明,直径小于3 mm的空隙或夹渣等缺陷对绝缘复合材料的机械性能并未产生太大影响,这对于评定超导线圈中绝缘系统质量具有一定参考价值。

关键词：超导线圈绝缘系统缺陷低温机械性能

基于多方位采集激光诱导击穿光谱的高温合金判别分析方法

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分析试验室 2024年

作者：张梦阳付洪波王华东杨彦红 Saifullah Jamali 张志荣中国科学技术大学研究生院科学岛分院中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室国防科技大学先进激光技术安徽省实验室

高温合金是指以铁、镍、钴为基体，能在600 ℃以上高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，在航空航天和能源领域具有重要应用价值，高温合金的在线原位判别对质量控制、生产监管、回收利用等具有重要意义。本研究采用多方位采集... 详细信息

高温合金是指以铁、镍、钴为基体，能在600 ℃以上高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，在航空航天和能源领域具有重要应用价值，高温合金的在线原位判别对质量控制、生产监管、回收利用等具有重要意义。本研究采用多方位采集优化的激光诱导击穿光谱（LIBS）技术结合机器学习算法，对GH625，GF718，GH738，GH907，GH4141，GH4378，GH5188等7类共72块高温合金样品进行快速分类。每个样品随机选择5个分析位置，每个分析位置通过多方位采集装置获取200幅光谱。运用异常值剔除、滤波降噪和标准正态变量变换（SNV）对LIBS光谱数据进行预处理，并选取经主成分分析（PCA）降维后的前5个主成分，作为线性判别分析（LDA）、K近邻（KNN）和支持向量机（SVM）等分类模型的输入。结果表明，PCA-SVM模型的分类性能最优，其训练集准确度达到了100%，测试集数据分类准确度为99.048%。LIBS技术与PCA-SVM方法相结合是一种很有前途的对不同牌号高温合金样品进行分类和鉴定的方法。

关键词：激光诱导击穿光谱高温合金机器学习判别分析

组合掺杂引入新型、多种镉配位方式增强金纳米团簇的电催化性能

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物理化学学报 2023年第12期39卷 79-86页

作者：刘真孟祥福古万苗查珺闫楠尤青夏楠王辉伍志鲲中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽省纳米材料与技术重点实验室中国科学院纳米卓越中心合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026 安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场实验室合肥230031 中国科学技术大学材料科学与工程系合肥微尺度物理科学国家实验室合肥230026

为提高金纳米团簇电催化还原二氧化碳生成一氧化碳的电流密度,本文引入了一种组合掺杂法(同时掺入硫和镉),合成一种新型Au-Cd纳米团簇—Au41Cd6S2(SCH2Ph)33,并对其组成结构进行了精确表征。单晶结构表明,它包含一个双二十面体的Au23内... 详细信息

为提高金纳米团簇电催化还原二氧化碳生成一氧化碳的电流密度,本文引入了一种组合掺杂法(同时掺入硫和镉),合成一种新型Au-Cd纳米团簇—Au41Cd6S2(SCH2Ph)33,并对其组成结构进行了精确表征。单晶结构表明,它包含一个双二十面体的Au23内核,所有的镉原子都掺杂在外壳层中且具有多种配位环境,外层staple(类订书针结构)除两个常见的Au3(SR)4三聚体外,还有两条独特的Au5Cd2(SR)9S长staple交叉覆盖在内核顶部,此外还发现了(S-Au-S)2(CdS-S-CdS)四聚体,这种两个Cd原子通过S原子直接相连的结构也为首次报道。与“同核异壳”的Au38(SCH2Ph)24团簇相比,Au41Cd6S2(SCH2Ph)33表现出更高的法拉第效率(−0.7 V电位时达99.3%)和更高的CO分电流密度(−0.9 V电位时为120 mA∙cm^(−2))。利用理论计算结果对Au41Cd6S2(SCH2Ph)33的高催化活性进行了解释,揭示Cd-Cd是最高活性位点,离内核最远的Au-Cd位点在同时考虑活性和选择性的情况下是最优的活性位点。本工作提供了一种提高金纳米团簇催化性能的策略,对金纳米团簇的合成、结构及构效关系研究具有重要的启发意义,有望推动相关研究的开展。

关键词：金属纳米团簇组合掺杂镉配位方式构效关系电催化CO_(2)还原

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中子辐照诱导钨再结晶的模拟研究

物理学报 2023年第16期72卷 52-61页

作者：张国帅尹超王兆繁陈泽毛世峰叶民友中国科学技术大学核科学技术学院合肥230026

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料,需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境,这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶,从而提高钨发生沿晶脆断的可能性,威胁偏滤器的运行安全,因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意... 详细信息

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料,需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境,这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶,从而提高钨发生沿晶脆断的可能性,威胁偏滤器的运行安全,因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意义.然而,与最近高通量同位素反应(HFIR)堆高温下中子辐照实验观察到的结果相比,目前考虑辐照增强再结晶驱动力效应的模型低估了中子辐照对再结晶的影响,结果表明仍有其他效应影响再结晶过程.基于此,本文在假设晶界迁移率与自体扩散系数成正比的前提下,引入辐照增强晶界迁移因子(R),建立了新的辐照诱导再结晶动力学模型.模拟结果显示,在综合考虑辐照增强再结晶驱动力和晶界迁移效应后,模型计算出的850℃下达到一半再结晶分数所需要的时间(t_(x=0.5))和HFIR堆中子辐照实验结果相符,这表明辐照增强晶界迁移效应是影响辐照诱导再结晶现象的重要因素之一.另外,模型研究了不同辐照温度下钨的t_(x=0.5).结果表明辐照与未辐照的t_(x=0.5)差别随温度升高而逐渐下降.这是因为随着温度的升高,辐照缺陷复合加剧,辐照缺陷对再结晶驱动力的贡献下降,且热激活扩散系数增大的幅度大于辐照下扩散系数的增大幅度,所以热激活效应会逐渐主导再结晶过程.

关键词：钨中子辐照团簇动力学辐照诱导再结晶

基于STM32单片机的在线恒温光谱分析系统研制与测试

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光谱学与光谱分析 2023年第9期43卷 2734-2739页

作者：黄超赵宇红张洪明吕波尹相辉沈永才符佳李建康南华大学电气工程学院湖南衡阳421001 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230031 合肥师范学院物理与材料工程学院安徽合肥230601 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

近红外波段(NIR,波长范围:780~2500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、快速检测、结果稳定可靠等优点,在工业现场检测领域有着广泛的应用。由于近红外光谱分析系统受温度影响较大,传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对... 详细信息

近红外波段(NIR,波长范围:780~2500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、快速检测、结果稳定可靠等优点,在工业现场检测领域有着广泛的应用。由于近红外光谱分析系统受温度影响较大,传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对探测器制冷,光路部分仍然会受到温度影响产生波长漂移等测量误差。此外,系统也多采用PC计算机来进行数据采集和控制,并通过配备独立的工业通讯模块实现光谱分析系统与产线总控系统的通讯,不仅增加了设备成本与体积,也显著降低了系统的稳定性。针对这些问题,基于STM32单片机开展了在线恒温光谱分析系统研制与测试。系统采用STM32单片机来控制近红外光谱仪,通过设定和修改采集间隔时间并采集光谱数据,对光谱数据进行预处理,来计算得到目标样品的理化指标。对于温度控制,开发了在STM32单片机上运行的基于比例-积分-微分(PID)控制算法的恒温控制系统,对光谱仪整体(包含光路和电路部分)实现了闭环恒温控制。同时,开发了基于STM32单片机的工业通讯接口(包含Modbus协议通讯和4~20 mA电流信号通讯)。系统实验测试结果表明,该设计能够长时间稳定运行,并有效降低了环境温度变化对光谱数据带来的干扰。在长达48小时的系统运行过程中,光谱仪温度稳定控制在5℃左右,温控精度优于0.25℃。相对于未恒温控制的运行模式,恒温控制条件下的平均吸收光谱强度相对标准差显著减小,并实现了数据采集、预处理、样品理化指标计算、工业信号通讯及温度控制的一体化设计,以满足工业现场在线检测需求。

关键词：在线光谱分析系 STM32单片机比例-积分-微分控制数据采集控制

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第三代再分析水汽资料的气候态比较

中国科学：地球科学 2015年第2期45卷 1895-1906页

作者：王雨张颖傅云飞李锐杨元建中国科学技术大学地球与空间科学学院中国科学院大气成分与光学重点实验室合肥230026 安徽省气象科学研究所安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室合肥230031

基于再分析资料,分析和理解水汽的大时空尺度变化规律,是气候变化研究中的重要环节.但不同再分析资料间水汽变量的差异,会导致相关气候变化研究的不确定性.因此,本文对比研究了三种当前最新的第3代再分析资料,即ERA-Interim,MERRA和CFS... 详细信息

基于再分析资料,分析和理解水汽的大时空尺度变化规律,是气候变化研究中的重要环节.但不同再分析资料间水汽变量的差异,会导致相关气候变化研究的不确定性.因此,本文对比研究了三种当前最新的第3代再分析资料,即ERA-Interim,MERRA和CFSR的多年（2000~2012年）全球大气柱水汽含量气候态分布的异同并分析了可能原因.研究结果表明,三种再分析水汽资料尽管在描述全球水汽的主要变化模态方面有很高的相似性,但在全球分布、时间序列及变化趋势等方面仍存在一定的差异.其中,洋面上三种数据的年际变化较为相似,而差异主要集中在赤道两侧辐合带和暖云区,这可能是源于不同模式暖云模拟和对流参数化方案的不同,以及水汽对卫星遥感数据同化的敏感性差异.总体而言,三者与卫星观测均较为一致.而陆地上的差异主要集中在非洲中部、南美洲亚马逊流域以及一些高原地区,其主要原因是由于模式对复杂下垫面处理的不同,以及相应区域探空等地基观测数据的缺乏.并且,三者都较探空实测数据明显偏低.本文研究结果将有助于理解再分析资料间的气候态差异特征,可为气候研究时水汽数据的选取提供参考依据.

关键词： ERA-Interim MERRA CFSR 大气柱水汽含量气候态特征