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基于Ar发射光谱的感应等离子体球化高温流场温度测量研究

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光谱学与光谱分析 2020年第6期40卷 1685-1689页

作者：曾徽欧东斌中国航天空气动力技术研究院电弧等离子应用装备北京市重点实验室北京100074

感应等离子体可通过纯净、热等离子体的焦耳加热作用,实现不规则粉末颗粒的球化,感应等离子体球化在航空航天领域具有广阔的应用前景。气流温度是感应等离子体球化制粉的关键参数,等离子体发生器内高温流场温度的空间分布测量为感应等... 详细信息

感应等离子体可通过纯净、热等离子体的焦耳加热作用,实现不规则粉末颗粒的球化,感应等离子体球化在航空航天领域具有广阔的应用前景。气流温度是感应等离子体球化制粉的关键参数,等离子体发生器内高温流场温度的空间分布测量为感应等离子体制粉研究和相关工艺改进优化提供了定量依据。在传统接触式测量手段难以应用于感应等离子体高温流场测量的背景下,该研究发展了非接触式的发射光谱诊断技术,开展对100kW高频感应等离子体发生器制备球形钛粉过程中高温等离子体气流的诊断。通过测量氩气(Ar)在高温下的发射光谱谱线,结合电动位移扫描技术,获得了等离子体发生器内某一截面温度的径向空间分布。研究结果表明:感应等离子体发生器内径向气流温度的变化呈现马鞍形的变化趋势,不送粉条件下高温流场待测横截面的中心位置有一个低温区,温度在(10120±240)K,气流最大温度值的区域位于测量横截面圆心的两侧,靠近趋肤层的位置,两侧最大温度值分别为(10500±240)和(10620±240)K;相比于不送粉条件,送入钛粉后感应等离子体发生器内高温流场内温度出现明显变化,钛粉送入区域下方出现一个明显的倒三角的低温区,送粉与不送粉下圆心低温区的温差在500 K左右,趋肤层最大温度区的温差在400 K左右,显示了颗粒送入被加热的过程中,附近气流温度也随之出现下降。发展的测量技术为定量了解感应等离子体球化流场温度二维空间分布提供了成熟的非接触式光谱测试手段。

关键词：发射光谱感应等离子体温度测量

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高速列车受电弓气动噪声数值模拟

科学技术与工程 2022年第34期22卷 15103-15114页

作者：韩斐周毅中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室绵阳621000 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250、300、350 km/h... 详细信息

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250、300、350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。

关键词： OpenFOAM 气动噪声大涡模拟 K-FWH方程受电弓

CE／SE并行计算研究及在Euler方程中的应用

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空气动力学学报 2008年第3期26卷 360-364页

作者：赵书苗刘建文钟诚文韩王超西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室

时空守恒元和解元方法(CE/SE)是一种高精度的数值求解方法。采用改进的CE/SE方法和并行分区技术,针对非结构网格,发展了一套求解二维Euler方程的并行程序。对NACA0012翼型的亚跨声速流动和多段翼型复杂绕流进行了分区并行求解,多区并行... 详细信息

时空守恒元和解元方法(CE/SE)是一种高精度的数值求解方法。采用改进的CE/SE方法和并行分区技术,针对非结构网格,发展了一套求解二维Euler方程的并行程序。对NACA0012翼型的亚跨声速流动和多段翼型复杂绕流进行了分区并行求解,多区并行计算的结果与实验的结果吻合较好,表明了本文研究方法的正确性和有效性。同时文中的分区方法能实现各处理器之间的负载均衡,有效地节省计算时间。

关键词：时空守恒元和解元方法并行计算非结构网格多段翼型欧拉方程

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绕丝棒束组件过渡流摩擦阻力实验研究

原子能科学技术 2024年

作者：李虹锐薛秀丽周志伟曾泽华罗锐清华大学能源与动力工程系中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所

绕丝棒束组件低流速下摩擦阻力是钠冷快堆堆芯热工水力研究的重点内容之一。通过对现有组件摩擦阻力系数公式应用于过渡流存在的问题、现有组件摩擦阻力实验在低流速时出现的不同摩擦阻力特性的分析讨论，以及对一个37棒组件低流速摩擦... 详细信息

绕丝棒束组件低流速下摩擦阻力是钠冷快堆堆芯热工水力研究的重点内容之一。通过对现有组件摩擦阻力系数公式应用于过渡流存在的问题、现有组件摩擦阻力实验在低流速时出现的不同摩擦阻力特性的分析讨论，以及对一个37棒组件低流速摩擦阻力的实验研究，提出了组件内流动的转捩特性和提高经验公式在低流速时计算准确性的有效策略。研究结果表明：绕丝棒束组件内流动转捩并不是同时发生，而是在部分子通道的局部先发生，随着流速的增加扩散到整个组件，只有当一定数量子通道都发生转捩时，棒束的平均摩擦阻力才会显著增加。绕丝棒束组件摩擦阻力系数公式应尽可能使用小的层流向过渡流转捩的临界Re和插值指数，使公式尽早开始转捩，并平滑向过渡流过渡。

关键词：绕丝棒束摩擦阻力层流过渡流非能动余热排出

碳纤维增强类复合材料烧蚀产物对等离子体流场特性影响的实验研究

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兵工学报 2020年第2期41卷 298-304页

作者：袁野王丽燕曹占伟聂春生聂亮马昊军中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000

高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀并产生等离子体。为分析不同烧蚀条件下碳纤维增强类复合防热材料的烧蚀产物对下游流场特性的影响,利用高频等离子体风洞,采用高频感应加热方式对碳/碳和碳/碳化锆两种复合防... 详细信息

高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀并产生等离子体。为分析不同烧蚀条件下碳纤维增强类复合防热材料的烧蚀产物对下游流场特性的影响,利用高频等离子体风洞,采用高频感应加热方式对碳/碳和碳/碳化锆两种复合防热材料进行烧蚀并产生高速等离子体射流,在下游通过朗缪尔探针和平头柱塞量热计获得不同烧蚀状态下的流场电子数密度和驻点热流。研究结果表明:随着两种材料烧蚀率的增加,下游流场中的电子数密度和驻点热流逐渐降低,表明“黑障”风险和气动加热现象得到缓解;碳/碳化锆材料在降低下游流场的电离度和焓值方面优于碳/碳材料;随着材料前方来流焓值的增大,两种材料烧蚀造成的下游流场电离度和焓值的差异会在一定程度上缩小。

关键词：碳纤维增强类复合材料烧蚀等离子体流场特性

高焓化学非平衡流条件下防热材料表面催化特性的试验方法

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航空学报 2017年第10期38卷 96-104页

作者：刘丽萍王国林王一光马昊军罗杰张军西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

通过对高焓化学非平衡流场参数高精度重构和试样表面参数测试方法的研究,在1 MW高频等离子体风洞上建立了防热材料(Thermal Protection Materials,TPMs)表面催化特性测试的试验方法。应用该方法研究了二氧化硅材料在驻点压力分别为2.7、... 详细信息

通过对高焓化学非平衡流场参数高精度重构和试样表面参数测试方法的研究,在1 MW高频等离子体风洞上建立了防热材料(Thermal Protection Materials,TPMs)表面催化特性测试的试验方法。应用该方法研究了二氧化硅材料在驻点压力分别为2.7、5和10kPa,焓值为13.9~21.9 MJ/kg的高焓离解空气环境下,表面温度为1 563~2 003K范围内的表面催化反应复合效率随表面温度和原子压力的变化关系。对比国外文献,该试验结果与国外研究结果一致,表明该试验方法是正确、可靠的。同时,高焓化学非平衡流条件下防热材料表面催化特性试验方法的确立将为高超声速飞行器热防护系统的优化设计和新型防热材料性能改进提供有力的技术支撑。

关键词：高焓化学非平衡流热防护材料表面催化特性测试与评价二氧化硅等离子体风洞

熔盐沿螺旋十字型单棒层流混合对流传热数值研究

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核动力工程 2024年第3期45卷 76-84页

作者：姜殿强张大林陈凯龙田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院西安710049

西安交通大学提出的小型氟盐冷却高温堆(FuSTAR)概念设计采用了螺旋十字型燃料组件。为研究熔盐在螺旋十字型燃料组件的混合对流传热特性,建立了螺旋十字型单棒通道模型。采用计算流体力学(CFD)方法,以实验数据验证数值计算模型,94%壁... 详细信息

西安交通大学提出的小型氟盐冷却高温堆(FuSTAR)概念设计采用了螺旋十字型燃料组件。为研究熔盐在螺旋十字型燃料组件的混合对流传热特性,建立了螺旋十字型单棒通道模型。采用计算流体力学(CFD)方法,以实验数据验证数值计算模型,94%壁温数据点的数值计算值与实验测量值之差在±5℃的范围内,94%平均传热系数数据点的数值计算值与实验测量值相对误差范围是−15%~15%。熔盐沿螺旋十字型棒混合对流传热的结果表明,自然对流在整体混合对流传热的影响程度与入口温度、热流密度有关;Φ/Gz(Φ为自然对流无量纲数的组合变量,Gz为格雷兹数)能更合理地评估自然对流在整体对流传热中的影响程度。此外,拟合了在30≤Re≤500,6≤Pr≤26,600≤Gr≤42000(Re为雷诺数,Pr为普朗特数,Gr为格拉晓夫数)时熔盐沿螺旋十字型单棒的层流混合对流传热关系式。

关键词：氟盐冷却高温堆 FuSTAR 螺旋十字型燃料层流混合对流计算流体力学(CFD)

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风力机叶片高升力系数法的气动设计研究

太阳能学报 2015年第2期36卷 349-354页

作者：张同鑫宋文萍邓磊许建华西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失... 详细信息

在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失和Viterna失速模型。设计结果表明采用先进风力机翼型并运用高升力系数法设计的大功率风力机叶片的弦长较小,叶片面积较小,有利于减轻叶片的重量,同时降低制造成本。

关键词：水平轴风力机叶片设计高升力系数法 RPOPID软件

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荧光相关光谱技术的研究进展

科学通报 2023年第34期68卷 4674-4691页

作者：高欣慰王璐玮郭勇朱殷铷翁晓羽严伟屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室射频异质异构集成全国重点实验室(深圳大学)深圳518060

荧光相关光谱技术(fluorescence correlation spectroscopy,FCS)将单分子荧光探测技术与统计光谱方法相结合,通过共聚焦荧光测量光学设计与单光子计数方法,测量微小探测体积内由于荧光分子运动所产生的荧光信号涨落,进而对此涨落信号进... 详细信息

荧光相关光谱技术(fluorescence correlation spectroscopy,FCS)将单分子荧光探测技术与统计光谱方法相结合,通过共聚焦荧光测量光学设计与单光子计数方法,测量微小探测体积内由于荧光分子运动所产生的荧光信号涨落,进而对此涨落信号进行关联函数分析,获得分析扩散运动速率、探测空间内平均分子数等重要参数,是研究生物学和生物化学的重要手段.与其他荧光成像和生物物理方法相比,FCS具有高分辨率和高灵敏度等优势,已成为用于量化分子动力学的强大技术,广泛应用于生物医学、生物物理学和化学等领域.本文首先介绍了单点FCS和荧光交叉相关光谱(fluorescence cross-correlation spectroscopy,FCCS)的基本原理,并对FCS和FCCS的实施提供了建议;然后介绍了扫描FCS和图像相关光谱(image correlation spectroscopy,ICS)的基本原理与方法,并对其不同的衍生技术进行了讨论;最后介绍了FCS在膜蛋白、DNA染色体、蛋白质和核酸、酶和多细胞生物及组织中的应用.我们相信,随着技术的发展,FCS有望为生物学研究提供更加准确、细致的信息,并推动人类对复杂生命现象的认知.

关键词：荧光相关光谱图像相关光谱时空图像相关光谱荧光涨落光谱并行荧光相关光谱