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双面冷却熔盐堆组件热工分析程序开发与验证

核技术 2024年第9期47卷 121-134页

作者：胡思勤周翀朱贵凤邹杨余笑寒薛帅钰中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

新型液态燃料熔盐堆双面冷却组件相比传统熔盐堆组件具有更大的换热面积和更短的石墨导热距离,因而具有更低的石墨温度热点,然而由于其不同的几何结构特征和熔盐自发热特性,组件内存在独特的热量分配和冷却剂流量分配的问题。为准确高... 详细信息

新型液态燃料熔盐堆双面冷却组件相比传统熔盐堆组件具有更大的换热面积和更短的石墨导热距离,因而具有更低的石墨温度热点,然而由于其不同的几何结构特征和熔盐自发热特性,组件内存在独特的热量分配和冷却剂流量分配的问题。为准确高效评估新型组件的热安全边界,有必要开发新的计算分析工具。本研究基于MATLAB开发了适用于熔盐堆双面冷却组件的一维稳态热工分析程序THDA-MSR(Thermal-Hydraulic Analysis Code for Dual Cooled Assembly-Molten Salt Reactor),考虑熔盐自发热的特点,建立了组件内外流道内熔盐的一维温度分布模型和熔盐石墨对流换热模型以及石墨导热模型,根据并联通道压损相等原则建立流量分配模型,通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对程序计算结果进行了验证,并初步分析了各结构参数对组件最大熔盐出口温度和石墨温度热点的影响。THDA-MSR的计算结果与CFD结果吻合较好,压损偏差小于4.84%,石墨温度热点偏差小于0.15%,分析结果发现:外通道截面积占总流道截面积比是影响最大熔盐出口温度和石墨温度热点的关键参数。以上研究结果表明,自编程序能很好地预测组件流量分布、组件压损、熔盐温度分布和石墨温度热点。THDA-MSR能够应用于熔盐堆双面冷却组件热工水力性能分析评估,对于组件选型设计有较大工程参考价值。

关键词：液态燃料熔盐堆双面冷却组件热工性能流量分配

片上集成FMCW激光雷达研究进展(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第8期53卷 1-17页

作者：朱精果袁野姜成昊刘宇赵政伟中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

随着硅基光电子集成技术快速发展,具有测距测速一体、探测精度高、抗干扰能力强的片上集成调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)激光雷达已成为研究热点,并在智能驾驶、航空航天、目标监测和公共安全等领域释放出越来... 详细信息

随着硅基光电子集成技术快速发展,具有测距测速一体、探测精度高、抗干扰能力强的片上集成调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)激光雷达已成为研究热点,并在智能驾驶、航空航天、目标监测和公共安全等领域释放出越来越大的应用潜力。文中聚焦基于光学相控阵(Optical Phased Array,OPA)的片上集成FMCW激光雷达,介绍了系统工作原理及典型组成,针对国内外研究进展,概述分析了片上集成FMCW激光雷达的发展现状,同时从调频、发射、扫描、探测和处理等角度凝练了主要关键技术,并梳理了片上集成FMCW激光雷达在相关领域的应用前景和典型系统示例。最后,分析并展望了片上集成FMCW激光雷达面临的潜在挑战及发展趋势。

关键词：激光雷达调频连续波光学相控阵片上集成

电感耦合等离子体发射光谱法测定LiF-UF_(4)和LiF-ThF_(4)熔盐中主量金属元素的含量

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核技术 2024年第3期47卷 116-122页

作者：韩玲唐圆圆葛敏钱渊刘洪涛中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

氟锂铀(LiF-UF_(4))和氟锂钍(LiF-ThF_(4))可用作钍基熔盐反应堆的添加盐,在熔盐生产过程中需检测主量金属元素锂、铀和钍的含量。本工作采用硝酸和过氧化氢对氟锂铀样品进行前处理,采用硝酸铝溶解氟锂钍试样,以电感耦合等离子体发射光... 详细信息

氟锂铀(LiF-UF_(4))和氟锂钍(LiF-ThF_(4))可用作钍基熔盐反应堆的添加盐,在熔盐生产过程中需检测主量金属元素锂、铀和钍的含量。本工作采用硝酸和过氧化氢对氟锂铀样品进行前处理,采用硝酸铝溶解氟锂钍试样,以电感耦合等离子体发射光谱法为测量手段,为降低信号漂移的影响,以锰作为内标元素,建立了两种快速分析手段。当称样量为0.2 g时,该方法的精度均小于2%。氟锂铀加标回收实验中,Li回收率在99.6%~102.4%,U回收率在99.6%~101.8%。氟锂钍加标实验中,Li回收率在99.6%~102.3%,Th回收率在99.6%~102.4%。这些分析方法操作流程简单,耗时较短,测定结果准确,精密度高,适合大批量样品的快速分析。

关键词： LiF-UF_(4) LiF-ThF_(4) ICP-AES 锂铀钍

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极地航行船舶防覆冰涂层研究进展

表面技术 2024年第6期53卷 1-10页

作者：张祎轩刘涛刘耀虎刘杰王健君中国科学院化学研究所北京100190 上海海事大学上海201306 中国科学院前沿科学与教育局北京100864 中国科学院理化技术研究所北京100190

两极地区是未来重要的能源和资源基地。然而,极地长年低温多冰,极大限制了我国对两极地区的科学考察、商业航运和能源开发进程。因此,发展长效稳定的防覆冰技术是推进极地发展战略的关键。系统阐明了船舶在极地航行过程中面临的结冰困境... 详细信息

两极地区是未来重要的能源和资源基地。然而,极地长年低温多冰,极大限制了我国对两极地区的科学考察、商业航运和能源开发进程。因此,发展长效稳定的防覆冰技术是推进极地发展战略的关键。系统阐明了船舶在极地航行过程中面临的结冰困境,分析了船舶积冰的类型,总结了目前解决船舶覆冰问题的多种防除冰技术及发展现状,包括主动防除冰技术(机械除冰、超声导波除冰、加热除冰、化学熔融除冰等)和被动防覆冰涂层技术(气体润滑防覆冰涂层、液体润滑防覆冰涂层、“类液体”润滑防覆冰涂层、界面可控断裂防覆冰涂层等),同时对各技术在极地船舶防冰应用中的优缺点和可行性进行了深入分析。展望了船舶装备对特种防冰涂层的关键需求,提出主、被动协同除冰技术是实现极地船舶防覆冰的重要策略。

关键词：极地船舶防冰涂层材料冰黏附

FLiBe熔盐中铀与镧系(Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)氟化物的电化学性质及分离

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核技术 2024年第6期47卷 26-34页

作者：蒋锋黄卫佘长锋付海英龚昱中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

利用电化学方法在熔盐介质中进行乏燃料的后处理分离是干法后处理中研究最广泛的技术之一,其核心内容就是采用电解法实现锕系元素和镧系元素分离。本文采用循环伏安法、方波伏安法和恒电位电解法研究了FLi Be(Li F-Be F_(2))熔盐中UF_(4... 详细信息

利用电化学方法在熔盐介质中进行乏燃料的后处理分离是干法后处理中研究最广泛的技术之一,其核心内容就是采用电解法实现锕系元素和镧系元素分离。本文采用循环伏安法、方波伏安法和恒电位电解法研究了FLi Be(Li F-Be F_(2))熔盐中UF_(4)和Ln F_(3)(Ln=Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)的电化学行为和分离可行性,在FLi BeUF_(4)-Ln F_(3)混合熔盐体系中使用W电极开展了UF_(4)与Ln F_(3)电解分离研究。结果表明:在惰性钨(W)电极上U4+的氧化还原反应分为两步,分别是U^(4+)+e^(-)→U^(3+)和U^(3+)+3e^(-)→U^(0),而Yb^(3+)、Sm^(3+)、Eu^(3+)只能发生一电子转移还原为+2价态的Yb^(2+)、Sm^(2+)、Eu^(2+)的离子,La^(3+)、Ce^(3+)和Ho^(3+)离子在FLi Be熔盐电化学窗口内则没有明显的电化学信号;X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)和能量色谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)结果证明了W电极上的电解产物为金属U、UF_(3)和夹带的熔盐,而不含有Ln F_(3)的电解产物。这些研究结果为熔盐堆燃料中锕系元素和镧系元素的分离提供了基础数据。

关键词： FLiBe熔盐铀镧系元素电化学行为电解分离

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一种扫频干涉激光测距系统的标定方法

光学学报 2024年第14期44卷 103-111页

作者：闫语畅薛蔺洋陈潇洒陈桂林韩昌佩中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049

针对扫频干涉激光测距系统的标定问题,首先建立扫频干涉的数学物理模型,对测距原理进行推导;然后针对激光频率漂移导致系统误差的问题,提出通过改变扫描镜角度并利用基准尺对系统参数进行标定的方法;之后研究激光器扫频非线性误差数学... 详细信息

针对扫频干涉激光测距系统的标定问题,首先建立扫频干涉的数学物理模型,对测距原理进行推导;然后针对激光频率漂移导致系统误差的问题,提出通过改变扫描镜角度并利用基准尺对系统参数进行标定的方法;之后研究激光器扫频非线性误差数学物理模型,提出线性电流调制和信号处理算法对扫频特性进行标定,再构造电流调制函数对扫频非线性进行校正,仿真分析并对其进行验证;最后搭建相关实验平台,对两种标定校正方法分别进行实验,验证所提方法的有效性。在不额外增加光学器件或高精度仪器的情况下,所提标定方法可以实现扫频干涉激光测距系统的参数标定和校正,对在地面测试和在轨部署应用的测距系统保持长期稳定工作具有实际工程价值。

关键词：测量扫频干涉激光测距分布式反馈激光器系统标定非线性校正风云四号

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熔盐堆流体动力学模型降阶方法适用性分析

核技术 2024年第9期47卷 141-150页

作者：林铭程懋松蔡翔舟戴志敏中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

对于熔盐堆全堆高保真流体动力学计算,即使借助超级计算机的并行计算能力在面对快速甚至实时求解的问题仍然面临效率的巨大挑战,引入和采用模型降阶(Reduced Order Modeling,ROM)方法,将能够有效解决这类问题。基于本征正交分解(Proper ... 详细信息

对于熔盐堆全堆高保真流体动力学计算,即使借助超级计算机的并行计算能力在面对快速甚至实时求解的问题仍然面临效率的巨大挑战,引入和采用模型降阶(Reduced Order Modeling,ROM)方法,将能够有效解决这类问题。基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法与Galerkin投影法,引入基于有限体积的模型降阶(ROM based on Finite Volume approximation,FV-ROM)方法和上确界稳定模型降阶(ROM with supremizer stabilization,SUP-ROM)方法,针对液态燃料熔盐堆(Liquid Fuel Molten Salt Reactor,LFMSR)层流和湍流瞬态工况开展适用性分析。结果表明:FV-ROM方法在速度误差和计算效率方面占有明显优势,层流和湍流瞬态速度平均L^(2)相对误差低于0.5%和0.6%,且单步长的加速比分别为1500和1000倍左右;相比之下,SUP-ROM方法在压力预测方面表现出显著的优势,层流和湍流瞬态压力平均L^(2)相对误差低至0.20%和0.38%。因此,通过FV-ROM和SUP-ROM两种方法相结合的方式进行熔盐堆流体动力学速度场和压力场预测,能够更加有效地提高流体动力学仿真的效率,并确保瞬态模拟过程计算可靠性和精确度。

关键词：模型降阶熔盐堆 FV-ROM SUP-ROM 流体动力学

利用主动活塞调相的双温区脉管制冷机环境适应性研究

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工程热物理学报 2024年第1期45卷 7-12页

作者：惠贺军宋键镗蒋珍华殷旺刘少帅吴亦农中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049

为满足双温区制冷需求,通过单压缩机驱动80 K和40 K双温区冷指,且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布,可在实现制冷机轻量化的同时,在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机,在制冷机环境温度和调相器相位差发... 详细信息

为满足双温区制冷需求,通过单压缩机驱动80 K和40 K双温区冷指,且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布,可在实现制冷机轻量化的同时,在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机,在制冷机环境温度和调相器相位差发生变化时,分别从制冷机内双冷指声功分配、回热器冷端相位差和制冷量变化特性的角度,开展了数值计算分析和实验验证研究。研究结果表明,制冷机在环境温度变化时,通过主动调节调相器活塞运动相位差,双温区冷指能够保持高效率制冷,实现制冷机对环境温度的主动适应。

关键词：脉管制冷机主动调相环境温度双温区

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双温区脉管制冷机的制冷量主动调控策略

浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 169-175,187页

作者：惠贺军吴亦农宋键镗殷旺蒋珍华刘少帅中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049

针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,... 详细信息

针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,实现80 K和40 K双温区制冷量主动调控.数值计算结果显示,调相器相位差对高温区制冷量影响较大,调相器振幅和相位差对低温区制冷量均有明显的影响.实验结果表明,采用基于主动控制调相器活塞运动特性的调节策略,80 K温区制冷量可以在9.2~23.7 W内主动调节,40 K温区制冷量可以在3.2~4.5 W内主动调节.

关键词：脉管制冷机主动调相双制冷温区阻抗分析调控策略