光子晶体与单模光纤熔接对超连续谱展宽的影响

针对光子晶体光纤之间直接熔接损耗较大的问题.文中采用纳秒激光器作为泵浦源,通过光子晶体光纤与单模光纤HI-1060低损耗熔接的方法,研究了超连续谱的展宽过程,分析了超连续谱的产生机理.实验结果表明：泵浦源在重复频率为150kHz、泵浦功率为2.2W时,利用20m的光子晶体光纤与1m的单模光纤的熔接实现了输出功率为0.48W、光谱范围超过1100nm的超连续谱输出.     

光子晶体光纤超连续谱光源

介绍该课题组近两年在光子晶体光纤超连续谱方面的主要研究成果,包括基于连续波泵浦研制全光纤化超连续谱源,利用级联一段高非线性正常色散光纤,通过光纤的受激拉曼散射效应实现超连续谱的平坦化;基于皮秒锁模光纤激光器实现全光纤化5 W输出超连续谱源;拉制一段145 m的锥形光子晶体光纤,利用自制的纳秒光纤激光器与锥形光子晶体光纤熔接,制备输出功率2.2 W的宽带超连续谱源;利用自制的网状光子晶体光纤和全固态光子带隙光纤,分别研究亚微米薄壁上偏振相关的超连续谱产生,以及基于四波混频效应产生的超连续谱.     

基于结构性改变PCFG的制备工艺研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响。研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填充率与所需激光功率的关系。此种光纤光栅从根本上克服了传统光栅热稳定性和长期稳定性不佳的问题,在光纤传感等领域具有较大的潜在应用价值。     

微结构光纤光栅的制作及应用

研究实芯光子晶体光纤和空气芯光子带隙光纤光栅的制作方法及应用.在实芯光子晶体光纤中写入长周期光纤光栅,并用其研制高灵敏度应变传感器.通过聚焦CO2激光在光子晶体光纤表面刻槽的方法研制光纤型起偏器.利用CO2激光周期性塌陷空气孔的方法,在空气芯光子带隙光纤中写入新颖的长周期光纤光栅.利用准分子激光或飞秒激光通过双光束干涉原理在细芯掺锗光子晶体光纤或细芯纯硅光子晶体光纤中写入光纤布拉格光栅.     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化（间隙孔半径、层数）与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

带隙型光子晶体光纤及其分析方法

光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤,其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性,其在光通信领域具有极大的应用前景。文章从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征,通过引入光子晶体光纤的概念,介绍了光子带隙型与全内反射型光子晶体光纤的基本结构及导光原理。同时文章简要分析了带隙型光子晶体光纤的各种主要理论研究方法,并对其做出了相应的评价。     

包层空气孔为正六边形的塑料光子晶体光纤色散特性分析

介绍了光子晶体光纤的特点和分类。为了进一步分析塑料光子晶体光纤中各参数对塑料光子晶体光纤色散性能的影响,利用RsoftCAD软件中的Fullwave模块对不同参数的塑料光子晶体光纤进行模拟计算,通过时域有限差分（FDTD）法对包层空气孔为六边形的塑料光子晶体光纤色散特性进行分析,给出了塑料光子晶体光纤色散特性随孔间距、孔大小等参数变化的一般规律。通过对塑料光子晶体光纤的包层结构进行多组比较,以便为实际塑料光子晶体光纤的制作与研发提供理论依据。     

基于有限元方法的光子晶体光纤特性分析

光子晶体光纤具有传统光纤所无法比拟的特性,是近几年光纤领域研究的一个新热点,分析它的传输特性越来越重要。从麦克斯韦方程出发,运用有限元方法研究全内反射光子晶体光纤的一些特性,在考虑纯石英材料自身色散的前提下计算光子晶体光纤模场分布,基模有效折射率,归一化频率等参数。结果表明,随着空气孔占空比的增加,模式折射率逐渐减小;合理设计光纤结构参数可以实现全波段内单模传输。在此基础上,设计了锥体光子晶体光纤,并给出其模场分布,为光子晶体光纤器件的设计提供了参考依据。     

超荧光光源中掺铒光子晶体光纤辐射效应

研究伽马辐射对基于掺铒光子晶体光纤超荧光光源输出特性的影响.对比基于掺铒光子晶体光纤和传统掺铒光纤超荧光光纤光源.分别将这两套光源的掺铒光纤部分置于伽马辐射环境中,研究不同辐射剂量对光源输出功率和平均波长的影响,测试辐射结束后光源的恢复情况.结果表明,两种掺铒光纤的辐射效应所引起的超荧光光纤光源性能退化基本相近,但相比传统掺铒光纤,掺铒光子晶体光纤具有更好的恢复特性,在空间领域应用具有潜在优势.     

基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器

光子晶体光纤作为新一代光纤和传统光纤相比具有许多独特的优点,因此研究基于光子晶体光纤的传感器已成为光纤传感技术领域的一个热点。该文在国际上首次报道了系列基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器,包括基于空芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉应变、温度传感器;基于实心单模光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉温度、折射率传感器;基于飞秒和157nm激光器微加工制作的实心光子晶体光纤法布里-珀罗干涉高温应变传感器。这些新型光子晶体光纤干涉传感器具有对温度不敏感、精度高、可靠性好、耐恶劣环境等突出优点,可望在能源、交通、航天航空、生化等领域得到重要应用。     

Analysis of solid-liquid phase change heat transfer enhancement

Solid-liquid phase change processes have two important features: the process is an approximately isothermal process and the heat of fusion of phase change material tends to be much greater than its specific heat. Therefore, if any phase change material adjacent to a hot or cold surface undergoes phase change, the heat transfer rate on the surface will be noticeably enhanced. This paper presents a novel insight into the mechanisms of heat transfer enhancement induced by solid-liquid phase change based on the analogy analysis for heat conduction with an internal heat source and solid-liquid phase change heat transfer. Three degrees of surface heat transfer enhancement for different conditions are explored, and corresponding formulae are written to describe them. The factors influencing the degrees of heat transfer enhancement are clarified and their effects quantitatively analyzed. Both the novel insight and the analysis contribute to effective application of phase change heat transfer enhancement techniq     

导热规律为qα△1/T的三热源制冷机的最优性能

讨论了导热规律为qαΔ1/T,仅有热传导不可逆的三热源制冷机的最优性能,导出了有最大制冷率时的制冷系数,从而阐明了热阻的存在、导热规律的不同对三热源制冷机最优性能的影响。     

基于多极理论传热模型的垂直U型地埋管传热特性研究

地埋管循环介质出口温度不仅仅反映了地埋管的换热能力,同时极大地影响着热泵主机的运行效率,是地埋管换热过程的一个重要能效特性参数,可通过引入能效系数来反映。文基于地埋管轴向流动多极理论传热模型对不同的回填材料物性、支管间距、地埋管埋设深度、土壤物性、管内循环介质流速条件下地埋管传热过程进行动态模拟和分析,得出了各重要特性参数的变化对U型地埋管传热能效的影响规律,可为土壤源热泵地埋管换热器的设计提供参考。     

空气源热泵建模与单级蓄热器仿真选型

针对空气源热泵工作时能效比会随着气温下降而明显降低的问题,在空气源热泵上增加了一级蓄热装置。在MATLAB下对单级蓄热器空气源热泵进行仿真,结果表明增加蓄热装置可以平衡空气源热泵的能效比。以太原最冷月统计24 h平均温度为前提,模拟蓄热器在不同质量的蓄热材料、不同长度的蓄热管和放热管下的不同表现。仿真结果表明,最优换热材料质量为170 kg,蓄热管为30 m,放热管为8 m。     

金属氢化物储氢反应器放氢特性的数值模拟

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,本文建立了金属氢化物反应器的二维轴对称数学模型。此反应器内装填了Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块。通过与文献中实验数据的对比验证了所建立模型的有效性。论文考察了换热流体温度、流体平均流速和氢气排出压力变化对金属氢化物反应器放氢过程的影响,比较了优化操作参数和基准操作参数下的放氢性能。并对优化操作参数下放氢反应过程特征进行了分析。模拟结果表明：换热管附近床层区域的换热效果更好,放氢反应进行得更快。当换热流体温度从313.15K升高到353.15K时,放氢时间从17100s降低到了6700s。虽然提高换热流体平均流速可以缩短反应器的放氢反应时间,但其强化效果是很有限的。当换热流体流速超过3m/s时,氢化物床与换热管壁之间的接触热阻成为整个传热过程的主要热阻,增加流速的强化效果已不明显。优化后的操作参数为：氢气排出压力为0.3MPa、换热流体温度为353.15K、换热流体平均流速为3m/s。与基准操作参数相比,放氢反应时间缩短了约56%,对操作参数的优化能够显著地提高反应器的放氢速率。Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09合金的放氢反应过程仅仅在前4s内主要受氢气压力的控制,而随后的反应过程主要是受传热过程控制。     

相变贮热系统的热力学分析

本文基于热力学第二定律,对相变贮热系统进行了分析,得到了两个热力学优化参数,即最佳贮热介质温度和最佳传热单元数;同时运用了压朋损失和焓朋损失这两个不同的概念,讨论了由此而对最佳传热单元数(即换热器尺寸大小)的影响;还比较了显热贮存系统和相变贮热系统之间贮热性能的差别。     

浸没燃烧加热器换热管束的管外传热优化分析

介绍了浸没燃烧加热器的应用,并对其采用间接加热方式（加装管束）类型的加热器的换热过程进行了理论分析.以水为换热介质,通过实例分析了管外水流速、管外平均对流传热系数、综合传热系数3者之间直接和间接的关系,以及管外水流速对风机动力消耗的影响,在此基础上,以传热量Q与功率消耗W之比为评价标准找到了最优点.     

导热过程不同优化目标的优化准则

对于不同目的导热过程存在不同的优化目标。基于传递方程和火积传递方程,分别导出了以降低作功能力耗散为目标的导热过程优化准则和以降低传热能力耗散为目标的导热过程优化准则。以降低作功能力耗散为目标的导热过程优化准则表明,在总导热能力一定的条件下,相对温度梯度分布均匀导热最优;以降低传热能力耗散为目标的导热过程优化准则表明,在总导热能力一定的条件下,温度梯度分布均匀导热最优。     

Numerical modeling and multi-objective optimization of a novel cross-flow heat exchanger with rotated aligned tube bank

A novel cross-flow heat exchanger with a rotated aligned tube bank is designed and utilized in a cement plant. The heat exchanger is numerically modeled with various tube pitches in order to obtain correlations of the shell-side average Nusselt number and friction factor. Then, a multi-objective optimization approach is performed based on the genetic algorithm. The goal of this study is to maximize the heat transfer rate and minimize the pressure drop. Pareto optimal solutions are obtained, which indicate that the increase in the heat transfer rate leads to an increase in pressure drop, and vice versa. In addition, heat exchanger effectiveness, total cost, and the ratio of the heat transfer rate to the fan/pumping power demonstrate different variations with the two objective functions. Several selection criteria are discussed to determine the optimal design and to help designers select an appropriate solution based on actual requirements. Two multi-objective optimization design schemes are compared to the original design under the same heat transfer rate. Results show that pressure drop decreases by 67.9% and 69.7%, respectively, and total annual cost decreases by 2.4% and 16.3%, respectively.     

内热式多级连续蒸馏真空炉传热过程分析

在建立系统能量平衡公式的基础，对真空炉内的传热过程进行分析，由此，从传热学的角度上推理真空炉生产最优化控制的可能。