单轴式声悬浮的实验研究及数值模拟分析

采用自行研制的单轴式声悬浮装置,实现了密度为7.9g/cm3的钢球的稳定悬浮.采用有限元方法对两种不同形状谐振腔的声场进行了数值计算和模拟,结果表明采用凹球面形反射面能有效提高悬浮性能;同时解释了实验过程中小球沿凹球面壁运动的现象,对进一步研究声悬浮装置结构对悬浮性能的影响有一定的借鉴意义.     

声悬浮的研究应用进展

声悬浮是一种新型无容器处理技术，悬浮力及悬浮稳定性是声悬浮研究的两个重要方面。本文在查阅大量文献的基础上，阐述了声悬浮的机理，论述了声悬浮技术的研究应用进展，最后讨论了声悬浮技术尚需解决的问题。     

悬浮颗粒物海水及其声吸收

通过对悬浮颗粒物粘滞性声吸收的分析,指出了在悬浮颗粒物海水声传播研究中所需要的悬浮颗粒物参数;经海水中声吸收计算分析,给出了能够对声传播产生影响的悬浮颗粒物参数的范围。为应用于声学研究的悬浮颗粒物海水海洋调查、数据积累及海区划分提供依据。     

指数型旋转辐射体近场声悬浮系统的声场分析

0引言如何产生足够大的悬浮力是近场声悬浮一个关键问题。本文受到聚焦超声悬浮的启示[1、2],将近场声悬浮系统中的圆盘辐射体用指数型旋转辐射体取代,并建立了其有限元二维模型[3],对其进行了理论分析和计算,并对圆盘及指数型旋转辐射体的辐射声压做了一番比较,发现了当使用后者时,声悬浮的悬浮力有一定的提高。     

ICF靶丸类微球在近场声悬浮系统中的悬浮实验研究

为实现均匀辐照,ICF靶的无接触支撑是关键。提出用近场声悬浮对ICF靶进行无接触支撑,对悬浮ICF靶丸类微球的压电换能器和悬浮系统进行了初步设计,换能器发射端采用了凹球面结构,利用ANSYS软件对发射端的凹球面结构进行了优化。并构建了近场声悬浮测试系统,对不同直径的钢球在不同工作电压下进行了悬浮实验。实验结果表明：当发射端凹球面直径与钢球直径接近或相等时,悬浮效果是最好的,并且用气动的方式可以实现悬浮钢球的非接触驱动。当工作电压为600V时,钢球的悬浮高度为50μm,扰动振幅为3μm,这说明ICF靶近场声悬浮是可行的。     

用于晶体生长的地基无容器悬浮技术

空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可用于晶体生长的地基无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术等。这些地基模拟技术可实现晶体的无容器悬浮生长,避免器壁对晶体生长的不良影响,提高晶体质量,为解决X射线单晶衍射技术中的瓶颈问题提供新途径,还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的方法。从技术原理、优势、缺陷及在结晶(特别是蛋白质结晶)中的应用4个方面对这些技术逐一进行了介绍和评述。重点介绍了液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术这3种用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基无容器悬浮技术。     

超声驻波悬浮特性仿真研究

为了研究驻波悬浮器参数对声悬浮能力大小的影响,使用多物理场有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,对驻波声场进行仿真.通过改变谐振腔长度来影响驻波形成条件,得出驻波声压随谐振腔长度的变化关系;在特定超声频率及振幅下,通过控制超声换能器及反射面的尺寸,得到声压随悬浮器尺寸改变的曲线,从而获得最佳悬浮效果所需的模型参数;使用粒子追踪模块,仿真粒子在声场中的悬浮情况,并以可视化方式展示结果,反映出粒子悬浮位置与声压分布的关系.     

移动荷载作用下悬浮隧道管体TMD减振分析及优化布置

为减小悬浮隧道管体在移动荷载作用下的动力响应,采用TMD作为振动控制措施并对减振效果进行了分析。将悬浮隧道管体简化为弹性地基梁,采用移动简谐力模拟汽车荷载,通过Morison方程计算管体振动过程中的流体附加惯性效应和阻尼效应,推导建立了移动荷载作用下管体-TMD系统振动控制方程组。采用Newmark-β法进行数值求解,分析了TMD对悬浮隧道管体的减振效果。针对悬浮隧道管体振动特征,提出采用分布式TMD的布置形式,并对移动速度、TMD阻尼比的影响进行了讨论。结论表明：TMD对移动简谐荷载作用下的悬浮隧道管体具有显著减振效果,最大位移减振率在50%以上。由于多阶模态参与振动,单一TMD的有效减振范围有限。在保持总质量不变的情况下,采用分布式TMD可以获得较好的整体减振效果。提高TMD质量比和降低移动荷载速度有助于提高TMD的减振效果。增大阻尼比会减弱TMD的效果,应综合考虑减振效果和工作空间的要求确定。     

滨海地区悬浮颗粒在饱和多孔介质中的迁移特性

在净化污染物、开采石油、处理核废料、保持水土等过程中,悬浮颗粒物是广泛存在的问题。本试验采用室内土柱进行研究,利用超声波对海浪对悬浮颗粒物的迁移特性的影响进行了模拟,研究了波浪和渗流速度对悬浮颗粒物迁移的影响。结果表明:悬浮颗粒浓度不变时,随着流速的增加,浓度也随之增大,增加量随着流速的增加而减小,当流速增大到一定值时,其浓度不明显影响;超声波对浓度影响明显,并且随着频率的增加,峰值也增加。     

微型静电悬浮Z向加速度计的计算机模拟

本工作针对一种新型的电容式力平衡加速度计－微型静电悬浮Ｚ向加速度进行了计算机模拟。模拟中的Ｚ向加速度计拟采用微机械加工技术在硅片上制作，利用静电悬浮原理平衡质量块，感应加速度并输出信号。计算机模拟分析了加速度计的悬浮特性，稳定特性，响应特性。对Ｃ－Ｆ转换电路的输出特性也进行了分析，该电路可用ＣＭＯＳ工艺集成在加速度传感器的周围。模拟结果表明该加速度计的悬浮特性，稳定特性，响应特性。对Ｃ－Ｆ转换电路     

Y2BaCuO5粒子在准单畴Y-Ba-Cu-O超导块材中的分布及其对超导性能的影响

采用顶部籽晶熔融织构法制备了Y-Ba-Cu-O(YBCO)准单畴超导块材,研究了Y2BaCuO5(Y211)粒子在块材中的分布及其对临界电流密度(Jc)和磁悬浮力性能的影响.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,Y211颗粒在准单畴超导块材中的分布是不均匀的.实验结果表明,Y211平均粒径的大小与样品的磁悬浮力和临界电流密度成反比,Y211相粒子在母体中的分布越均匀,粒子平均粒径越小,越有利于提高临界电流密度和磁悬浮力.对于φ20mm的YBCO单畴块材,磁悬浮力可以达到33N(77K,0.55T),临界电流密度达到6.6×104 A/cm2.     

基于磁悬浮技术建筑物振动测量研究

针对大型基建设备工作时产生的振动对周围建筑和环境的影响,设计了利用磁悬浮技术进行振动测量系统。建立了振子的动力学方程,证明了磁悬浮技术可实现绝对振动测量;对磁悬浮技术振动测量系统的自振和外加振动仿真及功率谱进行了分析;并实测了大型设备工作时产生的振动,得到其振动主频为5 Hz左右的低频分量。分析表明,利用磁悬浮技术测振易于实现绝对式低频振动测量且灵敏度高。     

Size Effects on Levitation Force Between a Magnet and a Superconducting Thin Film in the Meissner State

The levitation force between a permanent magnetic disk and a thin superconducting disk in the Meissner state is calculated using the dipole–dipole interactions model. The levitation force as a function of the magnet and superconductor radii, the levitation height, and the superconductor thickness is studied under the assumption that the radius of the magnet is much smaller than the radius of the superconductor. Results showed an increase in the levitation force as a function of the radius of the superconducting disk. However, the levitation force decreases as the radius of the permanent magnetic disk increases. Demagnetizing effects are taken into account by considering the appropriate demagnetizing factor for the suggested system.     

电磁悬浮熔炼系统的结构及其悬浮力的研究

电磁悬浮熔炼技术是伴随着对特种纯净材料的需求以及航天等高新技术中对微重力研究等而产生和发展起来的，因其重要的科学技术地位而受到关注。本文从电磁基本理论从发，对轴对称螺线锥管电磁悬浮熔炼系统的结构进行分析，得到悬浮系统几何参数与悬浮力的关系；对悬浮系统中平衡线圈的结构进行改进，计算结果表明，改进结构具有较大的悬浮力。据此研制的试验系统实现了电磁全悬浮。     

BaCuO2-δ含量对GdBaCuO超导块材结构和磁浮力性能的影响

采用Nd-Ba-Cu-Mg-O冷籽晶和熔融织构生长工艺,在空气气氛下制备出GdBaCuO单畴块材,并通过流通氧气气氛退火处理获得超导样品。研究了前驱粉末中不同BaCuO2-δ含量对GdBaCuO前驱粉末熔化温度、块材生长及超导磁浮力性能的影响。结果表明,GdBaCuO前驱粉末的熔点随着BaCuO2-δ添加量的增加而降低。前驱粉末中BaCuO2-δ的添加量为0～0.5mol时,GdBaCuO块材均能生长成表面没有宏观裂纹、尺寸为Ф17mm的单畴,而BaCuO2-δ添加量为0.2mol时,样品的磁浮力性能最高,最大磁浮力密度达到12N/cm2(77K)。     

Contactless Electrical Conductivity Measurement of Electromagnetically Levitated Metallic Melts

A facility for noninvasive measurements of the electrical conductivity of liquid metals above and below the melting temperature is presented. It combines the containerless positioning method of electromagnetic levitation with the contact-less technique of inductive conductivity measurement. Contrary to the conventional measurement method, the sample is freely suspended within the measuring field and, thus, has no exactly predefined shape. This made a new theoretical basis necessary with implications on the measurement and levitation fields. Furthermore, the problem of the mutual inductive interactions between the levitation and the measuring coils had to be solved.