事件触发式实验粒子蒙特卡洛方法模拟分子流真空系统的三维压力分布北大核心CSCD

从稀薄气体动力学理论出发,设计了直接模拟分子流真空系统内三维压力分布的事件触发式实验粒子蒙特卡洛方法。在算法设计中,不考虑分子间碰撞,以分子与固壁的碰撞为迭代触发点,模拟分子运动过程并通过统计分子与压力统计面的碰撞频率从而计算系统内的三维真空压力分布。详细介绍了算法思路和程序流程、放气率与泵抽速的数值离散过程,以及三维压力分布的统计方法。采用该程序模拟圆管两侧的压差与通过气体流量的关系,直接计算圆管流导并与克努森修正公式进行对比,验证了该方法模拟管道流导的误差小于4%。最后模拟了光阴极电子枪内的三维真空压力分布,分析了其内部复杂结构对真空压力分布的影响。     

聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究

磁约束核聚变装置真空室具有体积较大,法兰连接和焊接结构多,内部水冷管道较长等特点。在热应力、电磁力以及中子辐照的共同作用下,真空室存在较大的泄漏风险。未来的托卡马克装置将涉及氚运行工况,考虑到核辐射对人体的影响,传统的真空室泄漏检测方法在氚运行工况下已不再适用。提出了基于真空羽流效应的托卡马克真空室内部泄漏检测方法和基于分子屏差分作用的托卡马克管道泄漏检测方法,分别用于托卡马克真空室内部水冷管道泄漏和外部窗口管道泄漏的检测和定位。实验结果表明,二者能够准确地检测出真空室内部水冷管道发生的泄漏和真空室连接的外部窗口管道发生的泄漏,并可以实现较为精确的定位,为未来涉及氚运行工况的托卡马克装置的检漏提供了新的方案。     

四级差分真空系统压力分布计算

介绍了与差分真空系统相等效的电子学电路,用PSpice仿真计算四级差分真空系统各级真空室压力分布,得到了4号真空室的理论压力,并和实验结果作比较,得出了可以用等效电子电路模拟计算真空系统中压力分布的结论.     

ITER校正场线圈圆弧段真空压力浸渍充模数值模拟与实验

为优化国际热核聚变实验堆校正场线圈的真空压力浸渍工艺,对线圈圆弧段的充模过程进行了基于Darcy定律的数值模拟和工艺实验。对比了4种注胶方案的流动前沿和压力分布,确定了高效并能减少残留空隙的方案。优化的注胶口位置为沿长度方向1/4和3/4处,出胶口位置为沿长度方向两端和中间处。按优化工艺进行了试验,实测充模时间7.62×103 s,与模拟时间7.67×103 s接近。CT扫描显示试样内部被树脂完全填充,仅有少量空隙,大小约为100~200μm。试样绝缘性能优良,在10kV下漏电流小于1μA。试验结果表明了工艺模拟的可靠性,模拟方法可应用到整个线圈中,确定方案和技术参数。     

蒙特卡罗法计算分子流状态下真空管道的传输几率

采用蒙特卡罗法对分子流状态下真空管道的传输几率进行了计算。计算精度随着模拟分子数的增加而显著提高,对于圆柱管道,模拟分子数为1.0×109时误差在2.7×10-5以下。气体分子与管壁的平均碰撞次数与管道纵横比基本相等。分析了传输几率与管道内壁吸附性的关系,通过测量管道两端气压便可计算出管道的抽速。另外,对椭圆和矩形截面管道的流导也进行了计算。     

真空搅拌法流态冰制备特性的实验研究

本文设计了一套真空搅拌法流态冰制取装置,对冰浆的生成全过程进行了观测,通过实验研究了乙二醇添加剂、溶液体积、搅拌速度等因素对冰浆形成过程过冷状态的影响。结果表明:真空状态下冰浆的制取需经历溶液蒸发、沸腾、过冷及冰晶生成这四个阶段;冰晶生成瞬间系统的压力会发生突增,压力的升值即过冷结晶压差可用于表征过冷程度的高低;平均过冷结晶压差随乙二醇添加剂浓度的增大而减小,当乙二醇浓度从3%提高至6%时,过冷结晶压差从58.9 Pa降至49.4 Pa,降低了16.1%;溶液体积的增大会使平均过冷结晶压差减小,40 m L溶液的平均过冷结晶压差较20 m L溶液的平均过冷结晶压差下降了12.9%;搅拌速度对过冷程度几乎无影响。     

真空冷冻干燥机内的水蒸气压力分布计算

试图从冻干过程中冻干室内水蒸气压力分布不均匀的角度,分析解释大型真空冷冻干燥机存在的不同部位物料干燥速率不均匀问题.通过建立描述搁板层间通道和搁板组间抽气通道内水蒸气流动的数学模型,计算得出流动通道内的水蒸气压力分布规律.定义了2个通道特征系数,反映出冻干机结构、工艺参数对水蒸气压力分布的影响作用.计算结果可以用于估算冻干机内不同部位物料的干燥速率,并可为确定冻干机关键结构工艺参数提供重要的理论参考依据.     

真空冷却的理论模拟与实验研究

对球体、无限大平板、无限长圆柱3种最基本形状的食品进行理论模拟,利用有限差分的方法模拟真空冷却的非稳态过程,并分析冷却过程中的传热、传质。通过实验验证,其理论模拟同实验结果较吻合。     

真空校准室内分子流场分布的理论分析与计算

在动态流量校准系统中,气体分子流场分布非均匀性是造成被校规测量值出现偏差的原因,也是校准装置系统误差的来源。介绍校准室内分子流场分布的理论计算方法,这种方法不仅能分析分子流场分布的非均匀性,还能够直接计算被校规室内的分子密度,给出规室内分子密度与进入校准室气体流量之间的函数关系。计算时考虑了校准室的几何结构,最大限度的减小了校准室结构设计对分子流场分布带来的影响。对返流比β和有效抽速Seff的计算方法,为动态流量校准装置系统参数的蒙特卡罗模拟提供了理论依据。     

真空舱背景压力对离子推力器栅极系统工作性能影响的数值模拟

离子推力器地面寿命试验中,真空舱背景压力是影响推力器性能的重要因素之一。采用二维PIC/MCC方法对栅极系统受背景压力影响进行研究。模拟得到了20 cm离子推力器不同背景压力下栅极系统的电势分布、束流离子空间分布、单位时间内碰撞到加速栅极孔壁和下游表面的交换电荷数目、加速栅极电流等。计算结果与试验测得值很吻合,加速栅极下游表面的溅射腐蚀受背景压力的影响大于其孔壁腐蚀影响,考虑试验成本,可将地面试验真空舱背景压力设为5×10-4Pa。     

基于Monte-Carlo方法模拟分析NBI真空压力分布的研究

中性束注入装置是产生高能中性粒子以加热托卡马克等离子体的装置。NBI真空压力分布是影响中性束传输效率特别是再电离损失的关键因素之一。研究分析了超导托卡马克实验装置中NBI的工作原理和结构特点,建立了EAST NBI的几何与物理模型,利用Monte-Carlo方法建立NBI主真空室内分子运动及碰撞的数学模型,并运用Matlab软件编程实现对NBI主真空室内真空压力分布的模拟计算,得到主真空室内三段区域在进气过程中的气体分子三维分布图和平均压力变化曲线。研究可为EAST NBI主真空室内的中性化室、偏转系统、低温抽气系统的结构设计提供指导。     

不同本底压力下离子推力器电子反流失效的数值模拟

针对20cm氙离子推力器具体设计和工作参数,采用二维轴对称模型的网格质点和蒙特卡罗碰撞方法模拟计算了氙离子和氙原子在离子推力器栅极系统中的运动.模拟得到了在不同本底压力下交换电荷离子对加速栅极孔壁的溅射腐蚀情况,并由此计算了不同本底压力下因孔壁腐蚀导致发生电子反流失效模式的推力器工作寿命.     

真空压力浸渍设备的分布式微机控制系统

讨论了分布式微机控制系统的整体设计方案、硬件的结构、软件的设计思路与方法。该控制系统具有集中管理、分散控制的良好特性。将这种技术应用于真空压力浸渍设备的控制 ,可达到较高的控制品质     

轨道分子屏极高真空系统的抽气方程

地面真空系统中,气体处于封闭的真空容器内,达到平衡状态时,真空系统的抽气方程式是:P=Q/S;轨道分子屏系统是开放的,或者说具有部分真空容器,相应的抽气方程应该是怎样的形式呢?本文提出了一个物理模型,推导出了半球型及球冠型轨道分子屏极高真空系统的抽气方程.通过解含时间的微分方程,可得到相同的抽气方程.该方程适用于其它形状的轨道分子屏极高真空系统.     

螺旋槽式牵引泵过渡流态抽气特性的直接蒙特卡洛模拟

为研究螺旋槽式牵引分子泵(DMP)过渡流态下的抽气特性,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对抽气通道内的流动规律进行了数值模拟.通过数值模拟,考察了抽气通道几何参数:入口、出口槽深,槽长,螺旋升角以及螺旋槽数量与泵抽气特性参数:传输几率的关系.模拟结果表明:增加抽气通道入口槽深可提高泵的抽速;出口槽深、螺旋倾角均存在最佳值,可获得大的抽速和压缩比;延长槽长、增加槽数对抽速影响不大,可以提高压缩比.本文的研究结果表明,直接模拟蒙特卡罗方法可以较好地模拟牵引分子泵三维抽气通道内过渡流态的流动特性,可用于优化设计抽气通道几何参数,提高牵引分子泵的抽气性能.     

气体间漏率等效关系的直接模拟蒙特卡洛分析

研究气体间漏率的等效关系, 对提高检漏数据判读的准确性具有重要意义。本文基于对金属压扁型漏孔的研究, 通过建立分析模型, 运用直接模拟蒙特卡罗法数值模拟方法得出了气态工质的漏率曲线及不同工质间漏率的等效关系, 验证了气态工质泄漏模型的正确性, 可实现已知示漏气体漏率情况下实际工质漏率的虚拟预示。研究结果表明, 不同气态工质在同一条件下漏率存在着较大差异, 但都随两端压差增大而增大, 呈近二次多项式变化趋势, 仿真结果与理论分析相符。气态工质间漏率等效性在He漏率≤10^-6Pa·m³/s和He漏率≥10^-3Pa·m³/s时趋于恒值;而当He漏率在[10-6, 10-3]Pa·m3/s时, 漏率等效性存在着先上升后下降的多项式变化形式, 且最大值出现在这一区域之间。研究结果为实际工质与示漏工质间漏率等效数值研究提供了基本方法和参考数据。     

基于改进混沌粒子群的混合神经网络和蒙特卡洛法的结构随机灵敏度分析方法

针对不确定性参数对结构力学性能的随机影响,该文利用混合神经网络良好的小样本学习和泛化能力构建结构响应复杂的函数关系,采用改进的混沌粒子群算法优化网络寻址结构。结合蒙特卡洛法对结构进行随机性分析,并根据该文提出的新的灵敏度度量参数计算随机变量的全局灵敏度系数。通过数学算例和工程算例验证了所提方法的可行性,且结构响应的概率分布曲线也可以真实的反应实际情况。同时,利用该文所提出的随机灵敏度计算方法可以更好的反应各随机变量对结构响应的相关性和敏感性。     

直圆管道中分子流态下"位置束流效应"的Monte Carlo法模拟

利用Monte Carlo模拟方法计算证明，气体在分子流态下通过直圆管道时有“位置束流效应”存在，即在直圆管道中心区域，分子通过的密度增大；而在靠近管壁的边缘区域，分子通过的密度减少。为了恰当地反映位置束流效应现象，专门定义了评价参数γ为通过某一圆环区域的分子数密度与通过整个截面的分子数密度之比。模拟计算得出，在直圆管道的中心区域，评价参数的平均值γ≈1．11；而在边缘区域，γ≈0．91。     

基于M-C方法模拟分析NBI真空压力分布的影响因素

中性束注入装置(Neutral Beam Injector,NBI)是产生高能中性粒子束用以加热托卡马克等离子体的装置.NBI真空压力分布是影响中性束传输效率特别是再电离损失的关键因素之一.本文研究分析了HT-7托卡马克NBI实验装置的工作原理和结构特点,利用Monte-Carlo方法建立NBI实验装置主真空室及飘移管道内分子运动及碰撞的相关模型,并进行编程实现对NBI实验装置真空压力分布模拟计算.模拟计算和实验结果表明:主真空室低温冷凝泵抽速为4×105L/s时,主真空室压力在脉冲充气过程中维持在10-3Pa量级;飘移管道低温冷凝泵抽速为4×104 L/s时,飘移管道压力维持在10-4Pa量级.文章的结论为中性束传输过程中再电离损失的研究提供了理论依据.     

提高不锈钢超高真空系统极限真空的一种方法

为提高超高真空系统的极限真空，在加热烘烤期间用干燥气体冲洗法进行了各种试验。结果表明：冲洗的比不冲洗的极限真空要好；间断冲洗的比连续冲洗的极限真空要好。这对如何提高真空系统的极限真空提供了一定实验依据。