分析元素在ICP-MS取样锥口的空间分布

为提高电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）的检测灵敏度,需保证分析离子在ICP与质谱仪间的传递效率。本研究利用激光诱导荧光技术,以钡元素为分析粒子,在不同ICP功率、雾化气流速的条件下,对分析元素在ICP-MS取样锥前端的空间分布及等离子体温度的变化进行研究。结果表明,ICP功率、雾化气流速对被分析物质在等离子体内的原子化及电离过程有很大的影响,但增加ICP功率并不一定能提高被分析粒子到达ICP-MS取样锥口的数量。该结果可为提高ICP-MS仪器性能及改进设计方法提供理论参考。     

冷却温度对平板脉动热管传热特性影响的试验研究

为了探究冷却温度与脉动热管传热性能的关系，以氟代醚HFE-7100,HFE-7300和HFE-7500为工质，改变冷却水浴温度及加热功率，试验研究了加热功率与冷却温度对脉动热管传热的综合影响。结果显示，沸点更低的HFE-7100及HFE-7300脉动热管在30～50 W成功启动，适用于低加热功率，而沸点更高的HFE-7500适用于高加热功率（110～170 W）；当给定加热功率或冷却温度时，分别存在一个最佳冷却温度或加热功率使得脉动热管传热性能最优，因此应根据脉动热管的加热功率及运行温度区间合理选择工质。氟代醚脉动热管受冷却温度的影响较大，高冷却温度下过渡时间明显增加；受沸点影响，HFE-7500过渡时间变化相对较小。高加热功率下，冷却温度对脉动热管的影响减小，过渡时间也减少。低加热功率配合较高冷却温度及高加热功率配合较低冷却温度均可使脉动热管达到最佳运行状态，不同的是低加热功率下脉动热管的最佳运行区间较小，高加热功率下最佳运行区间增大。     

壁冷叶片冲击射流孔的流动特性实验研究

用实验的方法对涡轮叶片壁面冲击冷却的流动特性进行了研究，并用直头五孔探针对冲击射流孔内的流场进行了详细的测量，着重研究了不同雷诺数和不同的通道高度比（通道高度与射流孔直径之比z／d）对射流孔内流动结构和流量系数的影响。实验结果表明：通道高度的变化会明显改变孔内的流场结构和孔的流量系数；而在同一通道高度下，雷诺数的改变对孔内流场影响相对较小。在射流孔内存在着漩涡结构，这有助于深入了解气膜冷却的内在机理。     

低频率射频辉光放电的研究

辉光放电电离源可用来检测固态、液态及气态样品,目前主要用于无机固体样品的元素分析和定量检测。本研究将低频率射频辉光放电（Lf-RFGD）与飞行时间质谱仪（TOF MS）联用用于分析液体和气体样品。研究了电离腔真空度、进样管尺寸、辅助气压力、放电频率及电极板压差对电离效率的影响。最优分析条件为：电离腔真空度约30 Pa,进样管长150 mm、内径0.25 mm,辅助气压强约1.0 MPa,放电频率2 MHz,电极板压差约100 V。在此条件下,放电功率约20 W,对液体样品的检出限约0.1 pg、对挥发性样品的检出限约20 mg/m³,检测半峰分辨率约3 000（FWHM）。将Lf-RFGD TOF MS应用于实际药品溶液和挥发性有机物（VOCs）的检测。本仪器对药品溶液的检测灵敏度与常用检测仪器相比无优势,但对挥发性有机物的检测效果较好,为开发低成本的VOCs检测仪器提供了有吸引力的选择。     

电感耦合等离子体离子源气体温度特性数值模拟分析

采用以流场为主耦合电磁场的计算流体力学方法分析ICP离子源的温度特性,并比较加载采样锥前后其温度特性的变化。由于采样锥和炬管构成了相对封闭的空间,加载采样锥后大部分区域温度偏高。在采样锥附近等离子体通道效应明显,中心通道温度从25 mm附近开始急剧上升到8000 K左右,在采样锥口前1 mm左右急剧下降到6 000 K左右。用Discrete Phase Model (DPM)模型分析了不同直径气溶胶颗粒对中心通道气体温度的影响,发现颗粒直径太大会影响中心通道气体温度的稳定性,而直径几微米的气溶胶颗粒电离效率较高。     

多单元聚焦超声加热场的仿真计算和体模实验研究

本文运用计算机仿真和体模实验方法研究了由四个压电圆片振子构成的自聚焦超声场声压分布特点，研究结果表明：该超声场具有较好的深部聚焦特性，焦点位于自聚焦几何中心附近，直径约5mm；该装置可在短时间（20s)内将焦点温度由室温20℃加热至42－45℃范围（最高温度达59℃，每单元超声功率为40W），适用于深部肿瘤的热疗。     

ICP仪器中大功率射频固态功率放大板的设计

本研究提出了一种在电感耦合等离子体(ICP)质谱/光谱仪中,安装在离子源光炬前端,单板最高功率可达2000 W的射频功率放大板的设计制作方法。该放大板采用最新射频横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）管Freescale MRFE6VP61K25H为末级放大器。MRFE6VP61K25H单管放大能力可达1250 W,改进后单板通过2个LDMOS管组成推挽并行式的E类放大器,可轻松达到ICP光源要求的1600 W设计功率。该放大器的成品体积为所用装备的25%,制造成本也仅为目前同类产品的50%,达到了体积小、造价低、功率大的设计效果。此设计可为进一步研制便携式ICP质谱/光谱仪等提供良好的硬件基础。     

一种精细调控 PECVD 晶圆温度的设计及其仿真分析

为在等离子增强型化学气相沉积工艺过程中,实现对晶圆平均温度及温度分布轮廓的精细化调控。采用Comsol软件建立热流仿真模型,通过调节冷却气体的进气流量,调节晶圆平均温度;通过调节布气板环形气道宽度,调节晶圆的温度分布轮廓。结果表明,与不通冷却气体时相比,当气体流量为70000 mL／min时,晶圆表面平均温度从430℃降到预设温度220℃;当布气板环形气道宽度从中心到边缘分别为0．5mm、8．0mm、2．0mm、1．0mm、0．5mm时,晶圆表面温度分布变异系数小于2％。该方法实现了在工艺过程中对晶圆平均温度及分布轮廓的有效控制,为薄膜沉积工艺提供了均匀的热场分布。     

图形化蓝宝石衬底干法刻蚀工艺研究

为了缩短刻蚀时间以及提高发光二极管（LEDs）的发光性能,针对添加刻蚀辅助气体三氟甲烷（CHF3）的干法刻蚀工艺进行了研究。采用感应耦合等离子（ICP）干法刻蚀技术并通过正交试验研究了偏压功率、CHF3流量、自动压力控制蝶阀开合度（APC）对刻蚀速率和选择比的影响。试验结果表明：当偏压功率、CHF3流量和APC分别为350W、15 sccm和55%时,制程工艺有着更大的刻蚀选择比和蓝宝石刻蚀速率。使用最佳工艺参数制备出了大尺寸、高占空比、小弧度图形化蓝宝石衬底（PSS）,与常规PSS相比,优化后的工艺参数制得的PSS高度增加了5.6%、占空比提高了4.6%。     

变频喷油螺杆压缩机冷却系统的实验研究

为了解决变频喷油螺杆压缩机运行过程中润滑油的乳化和碳化现象，对压缩机的冷却系统进行了实验研究。实验结果表明，压缩机排气温度和比功率受到喷油量和油冷却量的影响。当压缩机低频（15-30Hz）运行时，应保持喷油量不变，减小油冷却量，从而使得排气温度高于该工况下的露点温度：当压缩机高频（35-50Hz）运行时，应合理地增大喷油量，增加油冷却量，从而使得排气温度不会过高。     

考虑金属蒸汽的定点活性钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

建立包括钨极、电弧和阳极的定点活性钨极惰性气体保护(Activating tungsten inert gas,A-TIG)焊电弧熔池交互作用统一数学模型。通过麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解,得到了电弧和熔池的温度、等离子体运动速度、熔池流动速度、电弧压力、电势、电流密度和金属蒸汽分布等结果。因为在A-TIG焊中,熔池的内向流动造成了大量的热被传入到熔池底部,热量的利用率更高,导致焊接熔池的表面温度比TIG焊的表面温度要高,从而引起了金属蒸汽浓度的增加,所以考虑金属蒸汽的A-TIG焊的电弧等温线较考虑金属蒸汽的TIG焊的电弧等温线有一定程度收缩。结果表明,考虑金属蒸汽对A-TIG焊熔深的模拟结果具有一定的影响,熔深减小约6%,该结果与有关试验研究结果吻合良好。     

Radio frequency discharge with control of plasma potential distribution

A RF discharge plasma generator with additional electrodes for independent control of plasma potential distribution is proposed. With positive biasing of this ring electrode relative end flanges and longitudinal magnetic field a confinement of fast electrons in the discharge will be improved for reliable triggering of pulsed RF discharge at low gas density and rate of ion generation will be enhanced. In the proposed discharge combination, the electron energy is enhanced by RF field and the fast electron confinement is improved by enhanced positive plasma potential which improves the efficiency of plasma generation significantly. This combination creates a synergetic effect with a significantly improving the plasma generation performance at low gas density. The discharge parameters can be optimized for enhance plasma generation with acceptable electrode sputtering.     

等离子体发生器的数值模拟方法

根据流体质量、动量及能量守恒方程和麦克斯韦方程组建立等离子体发生器的数学模型,包含一部分钨极以避免对阴极电流密度分布的假设,根据平均有效粘性系数与动力粘性系数之比判断等离子电弧所处的流动状态,用ANSYS有限元分析软件进行求解,得到不同类型的等离子体发生器所产生的等离子电弧的温度和速度分布,研究喷嘴尺寸、电极形状和等离子电弧类型等对等离子电弧特性的影响。结果表明,大孔道比的喷嘴产生的电弧温度更高,速度更大,孔道比甚至会改变等离子电弧的流动状态;与锥形电极的电弧在电极端部取得温度最大值不同,球形电极的电弧在约束喷嘴端口处得到温度最大值;转移型电弧比非转移型电弧具有更高的温度和速度。研究结果对等离子体发生器的数值模拟法研制具有重要的参考意义。     

载流薄板内裂尖附近的应力场

研究了带有有限长裂纹的导电薄板在垂直于裂纹的方向上通入直流电流时，裂纹的止裂问题。在满足电磁量边界条件的情况下，根据导电体的麦克斯威尔方程，得到裂纹尖端附近附近焦耳热源功率的表达式。通过热传导方程的求解，推得尖端区域的温度场和应力场的计算式，并给出算例分析。从而表明在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖处的温度将升高，并伴随着产生的压应力，可达到阻止裂纹扩展的目的。     

Comparison of different power generators in PV-battery-power generator hybrid system

Nowadays, the use of solar panels for generating electricity is common. Given the discontinuous nature of solar energy, the use of batteries to store energy in the day and supply it at night is essential. However, using one auxiliary power system (APS) can reduce the number of solar panels needed, reduce the cost, and increase reliability. In this study, the combination of different auxiliary systems with solar panels and batteries is compared in terms of economical efficiency, ecological compatibility, and reliability. Auxiliary systems include diesel generator, gas generator, solid oxide fuel cell (SOFC), and micro gas turbine. Of course, in this study, the effect of fuel price, technology development in SOFC cost, change in the power of auxiliary power system and also change in the maximum number of panels have been considered. A multi-objective evolutionary algorithm was used to obtain the best solutions of every configuration. The evolutionary algorithm is Pareto envelope-based selection algorithm (PESA). According to the results and necessity of using a backup power generator, the most ecological and economical recommended hybrid system is the hybrid system with target SOFC. Therefore, if SOFC technology develops rapidly, using SOFCs as the auxiliary system will be cheaper than others and ecologically the most compatible. Also from ecological point of view, the use of systems such as gas generators or diesel generators is not justified.     

基于工况识别和动态混合度优化的控制策略

混合动力技术给液压挖掘机节能注入了新的生机,但挖掘机工况复杂,负载波动剧烈,给控制策略的制定带来极大挑战。研究了动态工作点控制策略的不足,针对液压挖掘机工况特点,提出了一种基于工况识别和动态混合度优化的并联混合动力挖掘机控制策略。该策略根据负载和电池组的荷电状态(SOC)确定当前工况下双动力源的功率组合,实现动力性能和节能效果的综合优化。试验表明,该策略克服了动态工作点控制策略的不足,优化了发动机工作点和电池SOC工作区间,较大幅度地提高了整机的燃油经济性。     

电感耦合等离子体离子源分析性能的影响因素探究

ICP(电感耦合等离子体)离子源是目前质谱分析中最常用的离子源之一,具有电离效率高、分析产物主要为单电荷离子等特点。因其优良的性能,现已广泛应用于不同行业中。为了继续提升ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)的分析性能,拓宽应用领域,许多学者通过实验研究,建模仿真对ICP离子源进行了深入研究。本文对这些工作进行了阐述,介绍了不同的影响因素对等离子体特性的影响。如气体流速、功率大小、采样深度等,并对有无质谱采样接口时的等离子体的特性进行比较,为优化等离子体离子源提供思路。     

Neutral particle analyzer measurements on the SSPX spheromak

A neutral particle analyzer is used to measure the time-resolved energy spectrum of neutral hydrogen leaving a spheromak plasma. A gas cell filled with 10-50 mTorr of helium is used to strip electrons from incoming neutral hydrogen, lowering the minimum detectable energy well below that obtained with thin foils. Effective neutral particle temperature is calculated by fitting a Maxwellian energy distribution to the measured energy spectrum above and below approximately 300 eV. A computational model with approximated profiles of plasma density and neutral density is used with the measured neutral hydrogen flux to estimate the ion temperature. Measurement of the power flux due to neutral hydrogen emitted at the measurement location is extended to the whole plasma surface to estimate the total charge exchange power loss from the plasma. The initial results indicate that the charge exchange power loss represents only 2% of the total input gun power during the sustainment phase of the discharge.