基于6Li+CdTe的新型中子探测器的优化设计研究

面对~3He气体资源严重短缺的国际形势,2018年基于~6Li+CdTe新型中子探测器方案被提了出来,其具备热中子探测效率高、γ灵敏度低及可与~3He气体中子探测器相比拟的特点,有很好的应用前景。本文分析~6Li+CdTe中子探测器的结构和工作原理,采用MCNP6软件对~6Li+CdTe中子探测器进行物理建模并且对其物理性能、结构参数、中子慢化体设计等进行模拟计算,并就该探测器在特殊核材料监测系统中的应用开展了探索研究。结果显示:CdTe吸收层的最佳厚度为10μm;当6层~6Li+CdTe的中子探测单元叠加时,~6Li转化层的最佳厚度为60μm,此时热中子探测效率超过50%;探测系统的尺寸达到4 m×32 cm时,可以满足特殊核物质监测的要求。整个模拟研究获得了探测器最佳工作参数以及辐射监测系统设计方案,对特殊核材料在线中子监测装置的实验研究具有指导意义。     

铌硅基高温合金定向凝固铸造温度场模拟计算

以铌硅基高温合金定向凝固铸造过程为对象，通过实验测试和反求法确定了铌硅基高温合金和型壳的热物性参数，以及凝固过程各界面换热系数等边界条件；利用ProCAST软件对不同抽拉速率下铌硅基高温合金凝固过程温度场进行了模拟。结果表明，随着抽拉速率由5 mm·min?1增加到10 mm·min?1，固/液界面离液态金属锡表面的距离由12.1 mm下降到8.2 mm；平均糊状区宽度逐渐变窄，由11.5 mm减小到10.4 mm。针对抽拉速率为5 mm·min?1的实验结果表明，数值模拟结果与实际定向凝固实验获得的一次枝晶间距差异在6%以内，从一个方面验证了温度场模拟结果的正确性，相关结果可为铌硅基高温合金叶片定向凝固铸造参数的确定提供参考。      

连续激光辐照三结GaAs太阳电池热应力场研究

为了研究1070nm光纤连续激光对三结GaAs太阳电池的热力作用, 使用COMSOL软件建立物理模型进行了数值仿真, 得到了不同激光功率密度激光作用下的热应力场。为了验证了热应力计算方法的正确性, 利用栅线投影法测量了功率为16.7W、辐照半径为1mm、辐照时间为10s的激光作用下电池表面的形变, 实验结果与模拟结果基本吻合。结果表明, 辐照半径为1.5cm、功率密度为16.7W/cm2的激光辐照20s时, 底电池中心温度刚好超过电池使用温度; 底电池中心等效应力为96.6MPa, 刚好超过底电池材料的屈服极限; 根据这一结果可推测电池失效与热应力导致的结构损伤有关。该数值模拟结果与实验结果为激光辐照太阳电池的热力效应研究提供了一定的理论依据。     

边界元法数值波浪水槽的建立及模拟

理想的数值波浪水槽是以边界元法为基础建立的,通过边界积分方程的求解模拟了波浪的生成、传播、变形,并用线性元法对积分方程进行离散求解,得到波浪水槽不同时刻整个波浪场的状态。最后对计算值和理论解进行了验证,结果表明二者吻合较好,此结论为研究在波浪水槽中模拟极端波浪奠定了基础。     

方形砾岩大小对地层电阻率的影响研究

文章根据砾岩地层的物理特性,建立了方形砾岩地层,推导了地层电阻率的计算公式,并在COMSOL软件中建立合理的地层模型,数值模拟了砾岩大小对地层电阻率的影响,并与理论结果进行了比较,验证了数值模拟的合理性。     

亲子乐园空调送风方式的数值模拟研究

大型综合室内亲子乐园属于高大空间,设有游乐设施和游戏的特殊性使得对空间的舒适性要求一致,但是送风气流遇阻严重,室内存在较多气流死角,影响室内空气质量和儿童健康。因此其空调设计不仅需要考虑温度、风速的空间均匀度,还要考虑各点的空气龄和PMV-PPD指标。以天津某亲子乐园为研究对象,利用scSTREAM软件对适用于该房间的辐射供冷加新风、置换通风、混合通风三种空调方式的送风效果进行数值模拟分析,从流场的均匀性、人员的热舒适性等方面对模拟结果进行探讨,研究结果表明辐射供冷加新风方式的空间均匀性和PMV指标最佳,混合通风方式的空气龄最小。     

水力旋冲钻井工具破岩影响因素模拟及应用

常规的冲击钻井工具不能满足井眼轨迹控制要求、使用寿命有限、缓解脱压不显著等问题,影响了在定向井钻井中的推广应用。建立ø215.9 mm PDC钻头和岩石的有限元模型,分析钻井参数对破岩效率的影响规律,结果表明:冲击频率为17.5 Hz和35 Hz时,破岩效率最优; 破岩效率随钻压增大而增加,而后变化逐渐平缓; 破岩效率随钻头转速增大而增加; 破岩效率随冲击载荷的增加变化平缓。据此研制了新型水力旋冲钻井工具。现场试验表明,该工具符合定向水平井“一趟钻”工艺要求,使机械钻速提高56%,使用寿命达150 h,MWD信号正常。