循环流化床提升管中团聚物颗粒浓度的实验研究

基于FCC和河沙颗粒的局部瞬时颗粒浓度时间序列，研究了循环床上行气固两相流中团聚物的颗粒浓度及其与时均颗粒浓度之间的关系。实验分析揭示出团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度不仅具有明显的相关性，而且两种浓度在径向上亦具有相同的自相似分布特征，并由此给出了团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度相互关系的经验关联式，研究结果对描述气固上行两相流的结构形态和建立流动模型有重要意义。     

激光聚变靶用空心玻璃微球制备方法

高质量的空心玻璃微球一直是激光惯性约束聚变实验最广泛采用的靶丸之一,因商用空心玻璃微球的生产方法不能满足实验需要,陆续开发了新的制备方法,如液滴法、干凝胶法、溅射法和降解芯轴技术等.综述了几种方法的制备原理、成球过程、微球产品的特点、在惯性约束聚变实验制靶中的地位以及国内外发展现状等.液滴法制备的微球直径小、壁较薄,干凝胶法制备的微球直径稍大、壁较厚,溅射法主要用于制备阻气层,而降解芯轴技术则将空心玻璃微球产品直径和壁厚范围扩大,所制备的空心玻璃微球是所有制备方法中直径最大和性能最好的.     

激光聚变靶用空心玻璃微球的成分设计

基于玻璃成分与性能之间的定量关系,以高强度、高化学稳定性、易熔和低粘度为目标,应用正交试验法对30种待选玻璃配方中Na2O、K2O、Al2O3、CaO的含量进行了优化,从中优选出了10种玻璃配方作为激光聚变实验靶用空心玻璃微球的候选配方.与国内外其它靶用空心微球玻璃的性能相比,候选配方的玻璃不仅化学稳定性和抗张强度有显著提高,而且各自的熔化温度、粘度等参数也满足空心玻璃微球炉内成球法的工艺要求.     

空心玻璃微球热扩散法充Ar

采用热扩散法研究高温高压充Ar技术。研究结果表明，当温度低于500℃时，玻璃微球球内基本检测不到Ar；在600℃高温条件下可实现微量Ar气的渗透；在外压1.0MPa、24h条件下，球内Ar最高含量为0.003MPa；延长充气时间和增加外压均不能使微球内Ar量增加；随着充气温度升高，微球表面粗糙度由原来的不到20nm增加到50～100nm，微球损失也增大；在600℃、1.0MPa条件下，玻璃微球开始出现形变或破裂，微球损失超过50％。     

表面侵蚀对玻璃微球气体渗透性能的影响

研究了液滴发制备的玻璃微球表面受侵蚀后对微球表面形貌、耐外压能力和气体渗透系数的影响.研究表明,玻璃微球表面受侵蚀后,表面出现斑点,最大斑点直径达到25μm.微球的杨氏模量由原来的54GPa下降到39GPa,平均耐外压强度下降约28%.微球在室温条件下对D2的平均气体渗透系数由原来的1.1×10-21mol·m-1·s-1·Pa-1增加到8.0×10-20mol·m-1·s-1·Pa-1,平均增加了约70倍,保气半寿命由147d降低到2d.文中分析了产生原因,主要是玻璃球壳中碱金属离子扩散和表面与水反应的结果.     

循环床提升管中粗重颗粒浓度的轴向分布

在10m高提升管中对空气-沙子体系的压力梯度进行系统测试,研究了粗重颗粒平均颗粒浓度云的轴向分布及操作条件对它的影响。结果表明,粗重颗粒的^εs在相同操作条件下显著低于FCC颗粒;随操作条件的不同,沙子颗粒表现出与FCC显著不同的轴向分布形态。高气速下粗重颗粒^εs的轴向分布与FCC相似表现为单调下降或直线形关系;但在表观气速Ug降低至某一临界值后,粗重颗粒^εs的轴向分布呈现出波动形式,表明沙子颗粒在提升管中的流动是一个加速-减速-再加速直至充分发展的过程。随Ug减小或Gs增大,提升管各截面上云升高;当^εs的轴向分布为波动形式时,提升管底部截面和中部颗粒聚集截面上^εs的变化较其它截面更为显著。     

提升管气固两相流中颗粒速度的实验研究

用新型 5 -光纤速度探头对 16m高循环床提升管 8个截面上的颗粒速度进行了直接测量。结果表明 :沿提升管轴向 ,颗粒速度径向分布不均匀性逐渐增加 ,并最终趋于较为稳定的抛物线分布 ;通常认为近壁区颗粒速度Vp <0的情形 ,只能在离开提升管底部一定距离且在Gs相对较高或Ug 相对较低的操作条件下才会出现。表观气速Ug 对颗粒速度的影响明显大于颗粒循环量Gs的影响 ,Ug提高 ,提升管内颗粒速度都将显著增加 ;提高Gs将使颗粒速度降低 ,但对提升管充分发展段中心区影响较小。     

惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法制备技术

干凝胶法是我国目前制备惯性约束聚变(ICF)靶用空心玻璃微球(HGM)的主要方法,其制备的HGM可在较宽的范围内满足ICF物理实验的要求。从干凝胶粒子/微球的溶胶-凝胶法制备技术和HGM的炉内成球原理出发,系统综述了近三十年来ICF靶用HGM干凝胶法制备技术研究的相关报道,分析总结了干凝胶法制备技术在HGM成分设计、元素掺杂、直径及球形度、壁厚及均匀性、耐压强度、渗透性能、表面粗糙度、性能一致性等方面的技术现状及难点,对干凝胶法制备HGM技术的瓶颈性问题及可能的解决方案进行了讨论。     

炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响

由聚碳硅烷粒子作为原料,通过粒子下落进入负压高温炉内,粒子达到流动状态,在发泡剂作用下内部起泡膨胀,最终得到空心微球.实验所用聚碳硅烷粒子尺寸为110～180 μm,载气为Ar/He（体积比为2：1）,载气压力为0.09MPa.在这些固定条件下,研究了炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响.结果表明：随着炉内温度从200℃升高到1 000℃,聚碳硅烷成球率、微球平均直径和表面光洁度先增加后下降,最高平均成球率为73%,最大平均直径为375μm,最好表面平均粗糙度Ra仅为0.7 nm.制备空心微球合适的温度约为700℃.     

惯性约束聚变靶用空心玻璃微球纵横比的调控

为实现对惯性约束聚变(ICF)靶用空心玻璃微球(HGM)纵横比的调控,基于对干凝胶法制备HGM炉内成球过程的分析,建立了HGM纵横比的定量控制模型,实验研究了载气组分和压力对HGM直径和纵横比的影响。结果表明:通过调节载气中氩气分压可以控制熔融玻璃液泡的膨胀程度,从而定量控制最终HGM的直径和纵横比。但是,通过大幅度降低载气中的氩气分压来提高HGM半径和纵横比是不可行的。为提高载气的传热能力,确保HGM球形度、表面粗糙度和合格率满足ICF制靶的要求,必须在载气中添加一定分压的氦气。除部分极端工艺条件外,提出的HGM纵横比控制模型预测值与实验结果吻合良好。