真空水力输送管道的数值模拟研究

分析了不同类型真空排水系统水力输送的研究重点。讨论了真空水力输送管道的流动形态及其非恒定流问题。介绍了一种用于真空水力输送管道模拟的气液双流体模型。以室内真空排水系统中常见的真空污水收集单元为例进行了数值模拟,得到了管道中持液率和压强的瞬态变化过程,对结果做出分析,可为系统的优化设计及运行提供参考。     

各向同性衰变湍流的直接数值模拟研究

该文对各向同性衰变湍流进行了直接数值模拟。获得了衰变湍流的瞬态特性,研究了在谱空间以波数为半径的不同球面处能量分布的特性。计算结果显示:在谱空间的每一个球面或波数处,动能与拟涡能都有一定的分布范围。在大部分的波数处,能量的分布跨越了几个量级。在同一动能与拟涡能处,波数的分布也有着较大的跨度。在相同的无量纲波数处,动能与拟涡能的概率密度函数(PDF)有着相同的分布形状,且不随湍流的衰减而改变。当运动尺度远离Kolmogorov尺度时,不同波数处拟涡能的PDF 分布形状有着较好的一致性。当运动尺度逐渐接近Kolmogorov 尺度时,PDF 分布的形状逐渐发生变化,PDF 的峰值向低拟涡能处移动且峰值增大,高拟涡能区域的PDF值有所降低。     

基于直接模拟蒙特卡罗方法计算单一气体及二元混合气体的平均自由程

运用直接模拟蒙特卡罗方法研究了单一及二元混合气体在平衡态时气体内部分子间的相互碰撞过程.采用可变硬球模型及可变软球模型两种分子间碰撞处理模型对单一及二元混合气体分子平均自由程、单位时间单位体积内碰撞次数在模拟温度为300～20000 K之间进行了模拟计算.为了检验这两种模型模拟计算的精确性,将其结果与对应模型下的理论计...     

液环泵喷射器性能的数值模拟研究及实验验证

本文应用CFX软件及k-ε湍流模型,实现了液环真空泵喷射器三维动传热的数值模拟.并分析喷射器内流场的压力分布、马赫数分布和温度分布,了解其内部的复杂流动,利用仿真结果计算出液环真空泵喷射器在不同压力下引射气体流量的变化,并与实验曲线进行对比验证,为优化喷射器结构,实现喷射器与液环真空泵的最佳匹配提供依据.     

中低温声学双作用行波热声发动机热功转换性能的数值模拟研究及优化

研究了一种中低温声学双作用行波热声发动机,拟以高温导热油作为高温加热器的传热流体,高温端温度选取为390℃。基于热声学理论,对其性能进行了数值模拟,对系统结构进行了优化设计。优化结果表明,在平均工作压力为10 MPa,工作频率为50 Hz,室温为30℃的工作条件下,每个单元的输出声功达到3 162 W,整体热功转换效率达到30.3%。为了更好地了解热声发动机内的热功转换过程,分析了发动机内部声场一些主要参数的沿程分布情况。     

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。     

多层绝热材料抽真空阻力测试研究

主要对真空绝热夹层抽空阻力的原因进行汇总分析,在综合考虑夹层抽真空过程处理工艺的基础上,制定出实验方案并设计制造一套多层绝热材料抽真空阻力性能测试装置,通过对比不同缠绕层数、不同层密度、有无打孔等因素对抽真空阻力的影响,分析阻力产生的机理及变化规律,研究表明:①随着测试厚度的增加,内、外部的真空度差值逐渐增大,动态平衡时间增长,内部压强平衡值逐渐增大,抽空阻力随之增大;②打孔纸的动态平衡值略低于无孔纸,层间气体的抽出路径主要是沿层间形成的纵向流道散出,层间少许气体可以通过反射屏打孔排出;③层密度过大或者过小都会增加抽气阻力以及使绝热层表观导热系数增大。     

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

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。     

Experimental validation of Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) model of vapour jets from high temperature sources

A 3-D Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) code has been developed to study the vapour characteristics of atomic species. This model needs to be verified with experimental results. Experiments have been conducted with free jet of copper using electron beam source and the flux distribution data have been obtained under different experimental conditions. For better statistics, the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) code was parallelised to run on parallel system. The experimental results from circular and a slit source (Kn varies from 0.47 to 0.083) have been compared with Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) results. The results have shown excellent agreement. From the trend of the flux distribution curves, it is clear that with lower Kn, more uniform coating can be expected.     

Experimental Study of Heat Transfer Enhancement in Solar Tower Receiver Using Internal Fins

The receiver is an important element in solar energy plants. The principal receiver’s tubes in power plants are devised to work under extremely severe conditions, including excessive heat fluxes. Half of the tube’s circumference is heated whilst the other half is insulated. This study aims to improve the heat transfer process and reinforce the tubes’ structure by designing a new receiver; by including longitudinal fins of triangular, circular and square shapes. The research is conducted experimentally using Reynolds numbers ranging from 28,000 to 78,000. Triangular fins have demonstrated the best improvement for heat transfer. For Reynolds number value near 43,000 Nusselt number (Nu) is higher by 3.5% and 7.5%, sequentially, compared to circular and square tube fins, but varies up to 6.5% near Re = 61000. The lowest friction factor is seen in a triangular fin receiver; where it deviates from circular fins by 4.6%, and square fin tubes by 3.2%. Adding fins makes the temperature decrease gradually, and in the case of no fins, the temperature gradient between the hot tube and water drops sharply in the planed tube by 7%.     

基于Monte Carlo方法的CFETR低温泵设计与关键参数分析

中国聚变工程实验堆—CFETR(China Fusion Engineering Experimental Reactor)的运行离不开稳定的真空环境。针对CFETR装置聚变等离子体运行环境和真空要求,设计了一种聚变堆堆芯专用的4.5 K大抽速低温泵。采用蒙特·卡罗方法研究低温泵泵送概率和低温泵连接过渡管道流导,发现内开阀门结构满足CFETR抽速要求;采用正交实验,模拟了不同百叶窗障板结构对泵送概率的影响,确定了百叶窗障板的最佳倾斜角度为45°;探究了低温板气体吸附均匀性,阵列的各层低温板吸附均匀性良好。研究方法和结果不仅为CFETR堆芯大抽速低温泵的设计提供了依据,并且为同类型大型低温泵的设计提供了有益的参考。     

基于蒙特卡洛法溅射离子泵泵腔结构研究

采用蒙特卡洛方法对溅射离子泵腔抽气通道内的气体流动规律进行数值模拟。建立了不同溅射离子泵结构的几何模型, 计算了气体分子在不同泵腔结构中进出比例, 分析了腔结构对反流量的影响, 得到了抽气组件在不同泵腔结构中的抽气效率, 探讨各种类型腔结构的抽气特点;最后计算了舱体高度对抽气性能的影响。结果表明:在相同条件下, I型泵腔结构抽气性能最好, T型泵腔结构次之, 双侧型泵腔结构抽气性能最差。     

真空泵微小抽速测试方法研究进展与分析

基于真空泵发展的实际需求,本文对真空泵微小抽速测试方法的研究现状与进展进行全面论述。首先,从三种常用的测试方法(流量计法、定容法和动态流导法)具体展开。通过回顾国内外学者的典型应用案例,分别介绍其测试原理与特点;接下来,讨论微小抽速的测试方法的难点及其应对策略,并对这几种测试方法进行对比分析,最后,就不同压力条件与测试方法的选用关系给出建议。同时,本文也提出未来可在真空泵极小抽速(<10^-5 m³/s)的精确测试和拓展测试气体的种类两方面开展进一步研究,以推动真空计量基础科研的跨越式发展。     

喷嘴角度对水银扩散泵抽气性能影响的DSMC模拟研究

扩散泵由于其大抽速、连续稳态工作的优点,有望应用于未来聚变堆的偏滤器抽气系统中,以降低目前托卡马克装置中广泛采用的捕集式低温泵所带来的高氚存储量问题。由于氚相容性的限制,目前的商业油扩散泵无法直接应用于聚变堆中,水银将是理想的扩散泵工作介质。为了支持未来聚变堆偏滤器抽气系统的水银扩散泵设计,需要针对水银扩散泵开展设计优化研究。本文采用直接模拟蒙特卡洛方法,基于KT-150扩散泵结构,研究了喷嘴角度对水银扩散泵的抽气速度及水银返流率的影响。结果表明喷嘴角度为45°时能够达到最佳的抽气速度1.53m^3/s,同时返流率没有显著提升。     

Quantitative Analysis of Dynamic Fault Trees Based on the Coupling of Structure Functions and Monte Carlo Simulation

This paper focuses on the quantitative analysis of Dynamic Fault Trees (DFTs) by means of Monte Carlo simulation. In a previous article, we defined an algebraic framework allowing to determine the structure function of DFTs. We exploit this structure function and the minimal cut sequences that it allows to determine, to know the failure mode configuration of the system, which is an input of Monte Carlo simulation. We show that the results obtained are in good accordance with theoretical results and that some results, such as importance measures and sensitivity indexes, are not provided by common quantitative analysis and yet interesting. We finally illustrate our approach on a DFT example from the literature. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.