直流电弧等离子体炬数值模拟与诊断

直流电弧等离子体炬内部物理过程复杂且具动态性,较难对其进行准确描述与深入研究,且其工作温度较高,其状态参数难以使用常规方式测量。针对直流电弧等离子体炬,建立流动、传热和电磁相互耦合的数值模型,基于Fluent软件对直流电弧等离子体炬进行三维数值模拟和特性分析,设计并搭建了一套热焓探针实验系统,完成对直流电弧等离子体炬射流参数的测量分析。结果表明:建立的数值模型模拟结果与实验测量结果吻合较好,误差在10%以内;炬内温度与速度最大值与工作气流量呈正相关,均出现在靠近阴极区域,且沿轴线逐渐降低;等离子体炬内高温区与高电流密度区重合。

直流电弧等离子体炬的数值模拟

等离子体炬内部的物理场是影响等离子体性能及等离子体炬设计等方向的重要信息。受等离子体炬内部小空间、高能量密度及高电荷密度等因素的影响,无法通过常规手段进行测量。为了得到等离子体炬内部的温度、速度场分布情况,本文使用COMSOL建立了一台30 kW直流等离子体炬的二维轴对称模型。为了验证模型的可靠性,搭建了包括等离子电源、等离子体炬在内的实验平台,并使用热焓探针对该等离子体炬出口处的温度场进行诊断。将等离子体炬的模拟结果与实验测得的数据进行对比,发现模拟结果能够较好的吻合实际情况。改变模型阴极的电流输入,对等离子体炬内部的流场及温度场变化情况进行了系统模拟研究,得出了等离子体炬内部的发展模式,以及热量传递的薄弱点,可以为今后等离子体炬的优化方向提供参考。

磁屏尺寸对霍尔推力器性能影响的仿真研究

磁屏作为霍尔推力器磁路系统的重要组成部分,其尺寸对磁感应强度分布具有重要影响。为探究其中的影响规律,以一台低功率霍尔推力器为研究对象,首先采用Maxwell有限元方法软件对磁屏在不同的轴向和径向尺寸下形成的磁场进行仿真,结果表明一组尺寸使推力器磁场位形达到最优。然后以该尺寸作为设计标准,采用PIC方法对霍尔推力器在阳极电压及气体流量分别为200 V及0.8 mg/s条件下放电通道内等离子参数分布进行仿真。最后根据离子速度和数密度等参数,计算得到推力器的推力、阳极比冲和阳极效率分别约为6.9 mN、880 s及41.89%。该仿真为霍尔推力器的磁场设计提供理论依据,为未来的实验研究提供数值参考。

铋工质阳极层推力器的研究与发展

阳极层推力器(TAL)作为一种高功率、比冲、效率的电推力器逐渐成为国内外研究机构关注的重点,其在深空探测领域具有巨大应用潜力。然而,传统的氙工质不仅价格昂贵、提纯难度大、需要高压贮存,而且不能充分发挥TAL的性能优势。固体金属铋工质具有贮存密度高、成本低、易电离等特点成为代替氙工质的理想选择。本文根据TAL的工作原理与结构特点,对铋工质的适用性进行论述。首先对该推力器的研究现状和发展趋势进行概述;其次对铋工质的性能优势进行了阐述;然后对该推力器的结构组成、工作原理及关键技术进行总结与分析;最后对该推力器的应用前景进行展望。

同轴型微阴极电弧推力器的设计及性能测试

为了给微纳卫星在轨动作提供合适的推力,研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(CA-μCAT),采用同轴布置的棒状阳极和圆筒形阴极,利用真空环境下电弧放电产生的高温烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场耦合作用下高速喷出推力器产生推力。文章分别对该推力器的放电特性、推进剂烧蚀速率、等离子体离子电流、元冲量等多个参数进行了测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,电离率在4%～7%;无外加磁场下,元冲量和比冲分别为0.485μN·s和195.6 s;在磁感应强度为0.044 T时,元冲量和比冲分别为1.285μN·s和518.2 s;平均推力在10μN量级。

碘工质霍尔推力器原理与研究进展

霍尔效应推力器作为一种先进的电推进装置受到国内外航天界的广泛关注,利用氙气作为推进剂的中功率霍尔推进技术已相对成熟,并有上千台霍尔推力器在轨运行。然而,作为一种稀有气体,高纯度氙气价格昂贵,相对固体推进剂其储存密度偏低,高压储箱给安全和减重带来不利。因此,寻求一种新型固态工质替代氙气具有重要意义。2006年,有学者提出利用固态碘特有的升华和电离特性,可以代替氙气作为霍尔推力器的推进剂的想法,并对此进行了原理样机设计和初步实验研究。首先对国外的研究进展和目前能达到的推力器性能进行了概述,接着阐述了碘工质霍尔推力器的工作原理,然后总结了该推力器研究的关键技术和理论上可行的解决方案,最后对碘工质霍尔推力器的应用前景进行了展望。

带有横向微槽道的超临界LNG紧凑式换热器换热强化模拟研究

为了强化超临界LNG紧凑型换热器的换热强化能力,设计了一种应用3D打印技术制备的带有横向微沟槽群的微细流路,并进行了数值模拟验证和性能特性对比,以提高超临界流体LNG在紧凑式气化换热器中的强制对流换热性能。首先对光滑管道下不同流道截面形状对换热特性和流动特性的影响进行了数值计算,结果表明相同截面积下不同形状对超临界LNG的换热与流动特性基本无影响。然后讨论了在2 mm矩形流道带有最佳横向微沟槽群条件下,工质温度在120—250 K范围内两面开槽与四面开槽结构换热特性与流动特性的对比,进一步考察了工质温度、质量流量、进口压力对传热系数、摩擦因子和综合效益系数的影响。最后讨论了重力的影响。结果表明具有四面开槽的换热器综合换热效益得到40%左右的增加,与两面开槽相比并不是完全的两倍关系,微槽道构造显示了出色的换热强化综合效果。此外,对水平流动而言,在研究范围内重力作用会略微强化传热系数。当流动方向为竖直向上时,重力使换热加强,反之,重力将减弱换热。

碘工质霍尔推力器原理样机设计与实验研究

氙气作为电推力器常用的推进剂,针对其具有自然界储量稀少,价格昂贵且提纯难度高的特点,采用电离能与氙相似的固态碘作为替代工质进行霍尔推力器点火实验来研究其基本性能。实验结果表明,控制贮供与推进系统的温度可以使进入放电通道的碘蒸气流量稳定,从而使推力器能够持续稳定地工作。在推力器为200 W量级工作条件下,推力靶测得其产生的推力约为8.9 mN。因此,碘工质在电推进领域具有较大应用前景,尤其对于位置保持以及深空探测任务,深入的推力器优化及设计工作将陆续展开。

50kW级高功率霍尔推力器放电通道数值模拟研究

高功率霍尔推力器兼顾了比冲高、推力大、寿命长等特点。为了提高设计效率并考察热负荷问题,以50 kW级霍尔推力器为对象,采用单元粒子法(PIC)/蒙特卡罗碰撞模型(MCC)/直接模拟蒙特卡罗碰撞模型(DSMC)混合算法,建立二维对称计算模型。基于准电中性假设、中性原子考虑为背景气体,计算得到标准工况下(功率50 kW,流量86.4 mg/s)推力为2.2 N,比冲为2598 s,与同类推力器实验结果对比,误差分别为5.18%和3.35%。在此基础上,考察了多种工况下(工作电压400~600 V,工质流量69.12~103.68 mg/s)放电通道内离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度分布等参数。结果表明:增大工作电压会增强粒子间相互作用及离子加速喷出效果,流量调节影响电子温度和离子数密度分布;从推力器性能方面来看,增大工作电压,推力比冲随之增大,流量增大、推力增大,推力器的热损失功率占比达到15.94%。研究结果为高功率霍尔推力器的设计和实验提供了一定的参考依据。

昆虫眠性调控相关基因的研究进展

入眠是昆虫幼虫生长发育过程中非常重要的一种生理现象,其入眠蜕皮过程主要包括促前胸腺激素(PTTH)介导的蜕皮激素合成、蜕皮激素介导的信号转导和最终皮层溶离及色素沉积3个阶段,是一个复杂的生理过程,受到许多因素的影响,其中蜕皮激素和保幼激素等因素的影响较为显著。基于此,本文论述了蜕皮激素信号通路相关基因、保幼激素合成与代谢相关基因、相关神经肽基因及其他相关基因对昆虫眠性的影响。通过对这些基因进行综述,可以为系统研究家蚕等昆虫入眠蜕皮过程中的生理生化反应提供理论依据,对昆虫生长发育和生殖的研究以及农林害虫防控都有十分重要的意义。

射频等离子体中和器的设计与实验研究

随着电推进技术的发展,对具有高抗中毒性中和器的需求日益紧迫。为此,基于射频放电基本原理,设计了一款可采用多种工质且具有高抗中毒能力的射频等离子体中和器,搭建了真空实验平台进行试验研究,获得了发射电流随射频功率和氙气流量的变化曲线。工质气体电离后,离子被置于放电室内的石墨柱负电极收集,电子被置于放电室出口外的金属板正电极引出。研究结果表明,该射频等离子体中和器能有效地发射电子形成电流,且增大射频功率和氙气流量可以提高电流。当射频功率达到220 W,流量达到或超过4 mL/min(标准状态)时,中和器发射电流达到1 A以上。因此,射频等离子体中和器作为电推力器羽流离子中和装置具有一定的研究价值和应用前景。

家蚕淡红卵突变体rep-1基因的精细定位

家蚕为卵滞育的鳞翅目昆虫,正常家蚕滞育卵刚产下时为浅黄色,随后逐渐转变为淡红色,并最终转变为深褐色。淡红卵突变体(rep-1)是在家蚕品种C1(H)中发现的一种新的卵色突变体,所产卵在36 h左右逐渐转变为淡红色后基本保持不变,不再继续转化为深褐色。遗传分析表明rep-1突变体由一对常染色体上的隐性基因控制。通过图位克隆技术将淡红卵突变体rep-1基因定位到第5连锁群,介于S2674-N4和S2674-N53两个分子标记之间,物理距离大约88 kb,其中包括3个候选基因,分别为BGIBMGA003693、BGIBMGA003501和BGIBMGA003500。分析3个基因的结构,其CDS没有发生变化,但BGIBMGA003501和BGIBMGA003693的基因组序列之间出现52 bp缺失。对BGIBMGA003501和BGIBMGA003693的卵期表达谱分析表明其在产卵后24~48 h蚕卵转色期均上调表达,在野生型与突变型之间出现显著表达差异。以上结果可为进一步解析淡红卵突变体rep-1的形成机制奠定了前期基础。

超燃冲压发动机燃烧室内对流与辐射加热基于OpenFOAM的数值模拟

为了考察对流和辐射传热对燃烧和流场以及壁面热流密度的影响,基于OpenFOAM平台,采用基于k-ω湍流模型的剪切应力输运(SST)模型,结合二维P1模型、随机欧拉解(SEF)法及k-distribution谱带模型计算燃烧室内燃烧、流动、燃气辐射和壁面对流及辐射热流密度。计算分为燃烧/流动与辐射解耦和耦合两种情况,前者的壁面辐射热流与文献解耦计算结果吻合较好,在此基础上考察耦合时热辐射对燃烧和流场参数及壁面热流的影响。结果表明:解耦条件下壁面最大辐射热流密度达55 W/cm^2,辐射与对流热流密度之比达40%以上,但位置与最大辐射热流位置不一定相同,燃气最高温度与不考虑辐射时相比降低120K左右;在耦合计算中,燃气最高温降低近200K,燃气高温区面积增大而平均温度降幅较小。

家蚕orcokinin基因的选择性剪接与表达分析

Orcokinin(OK)是节肢动物门特有的一种神经肽,该神经肽自从在小龙虾中发现以来,便陆续在节肢动物门其他物种中鉴定到,然而由于其结构的复杂性和功能的多样性,对OK基因的结构与作用机制知之甚少。利用RACE克隆、qRT-PCR等方法对家蚕OK基因(BmOK)的结构与表达进行分析。结果表明BmOK存在选择性剪接,形成2个转录本BmOKA和BmOKB;BmOKA由外显子exon1、exon2、exon3、exon5、exon6、exon7和exon8组成,全长BmOKB由外显子exon1、exon2、exon3和exon4组成。BmOKA由于选择性剪接又有4个亚型,分别为BmOKA1(CDS长度为534 bp)、BmOKA2(CDS长度为564 bp)、BmOKA3(CDS长度为570 bp)和BmOKA4(CDS长度为600 bp),占比为22∶13∶5∶1,4个亚型有相同的5′ UTR(62 bp)和3′ UTR(188 bp);BmOKB只有一种CDS(864 bp),5′ UTR序列与BmOKA相同(62 bp),但3′ UTR(168 bp)不同。BmOKA主要在家蚕腹神经索表达,在4龄眠后18 h表达量最低;BmOKB在头部和中肠的表达量相对较高,眠期表达量高于其他时期。BmOKA与斜纹夜蛾Orcokinin同源性最高,完整蛋白质前体的同源性为33.80%。本研究清晰地展示了家蚕BmOK基因的结构与表达模式,为后续分析BmOK基因的功能奠定了理论基础并提供实验依据。

色素代谢相关基因在家蚕褐色类鹑斑突变品系q-l^b 4龄眠蚕表皮中的表达分析

家蚕体表色素主要有黑色素、蝶啶类色素和眼色素,不同家蚕品种的体色和斑纹都是表皮中黑色素、眼色素和蝶啶类色素等相互作用的结果。为了解家蚕褐色类鹑斑突变体(brown quail-like,q-l^b)幼虫表皮色素的代谢情况,利用qRT-PCR 技术分别检测q-l^b突变体和其对应的野生型品种0223金黄(0223JH)在4龄入眠后18 h新生表皮中37个色素代谢相关的基因的表达水平。结果表明,相对于野生型品种,大多数与黑色素、蝶啶类色素合成相关的关键基因在q-l^b突变体中表达上调,而与眼色素合成相关的关键基因表达下调,表明黑色素、蝶啶类色素在q-l^b突变体表皮中的含量都增加,而眼色素在q-l^b突变体表皮中的含量相对减少;与几丁质合成及尿酸转运相关的基因在q-l^b突变体表皮中也存在表达差异,其中大部分关键基因表达上调,表明更多的几丁质在q-l^b突变体新生表皮中合成,并伴随更多的尿酸被转运到表皮,与其他色素一起参与表皮构建,形成q-l^b突变体特殊的体色斑纹。此外,部分保幼激素代谢和核受体基因差异表达也可能影响了相关色素的合成及代谢。q-l^b突变体相对于野生型具有更复杂的体色和斑纹,这些基因的差异表达可能与此有关。研究结果为进一步阐述家蚕褐色类鹑斑产生的分子机制打下了基础。

表皮蛋白BmCPR41在2龄不眠蚕突变体nm2中的表达和功能分析

家蚕(Bombyx mori)2龄不眠蚕(non-molting in the 2nd instar,nm2)突变体是从家蚕品种C603中发现的一种致死突变体,发育至2龄将眠期后不能正常入眠蜕皮,持续5~7 d后陆续死亡,图位克隆结果表明该突变体是由表皮蛋白BmCPG10突变引起的,且血淋巴中的蜕皮激素滴度显著低于野生型。蜕皮激素主要在前胸腺合成,因此本研究以nm2突变体和野生型家蚕2龄将眠蚕的前胸腺(包含第一对气管丛)为材料进行双向电泳分析,从中检测到一个表皮蛋白BmCPR41在突变体中的表达量高于野生型,组织表达谱表明BmCPR41在前胸腺的表达量远高于其他组织。通过RNAi敲低BmCPR41的表达,发现有部分家蚕推迟入眠或不入眠,蚕体重也显著低于对照组,且相关基因基于RNA-seq的表达情况与nm2突变体中的基本一致。基于上述实验结果推测BmCPR41基因在nm2突变体形成,尤其蜕皮激素信号通路上发挥重要作用。本研究结果为进一步研究nm2突变体的形成机制提供了实验证据,并可为研究蜕皮激素介导的信号通路提供理论依据。

家蚕血淋巴多肽鉴定与分析

多肽在生命活动中扮演着非常重要的角色,几乎参与所有生理过程。本研究以家蚕5龄第3天血淋巴进行多肽组测序,以高效液相色谱-质谱法(LC-MS/MS)分离多肽并进行质谱鉴定,最终鉴定到295个多肽,长度主要集中在10~35个氨基酸残基,功能聚类分析表明主要为载脂蛋白apolipophorin-Ⅲ、抗菌肽、gloverin、Y-box相关蛋白等,此外还鉴定到大量未知多肽,这些多肽有些是功能性多肽,有些可能是前体蛋白的降解产物。本研究对家蚕血淋巴进行多肽组测序,为昆虫多肽鉴定和功能分析提供了实验证据,对多肽在生理活动中的作用,尤其是抗菌肽在昆虫先天性免疫中的作用研究具有参考价值。

家蚕食性相关蛋白的研究进展

昆虫的食性是一种复杂的生活习性,受多种因素的影响,其中遗传因素起主导作用,越来越多的研究者对食性相关基因/蛋白进行了研究,试图在分子水平诠释昆虫食性调控机制。家蚕是重要的经济昆虫,主要以桑叶为食。随着经济社会的发展,人工成本占比越来越高,以人工饲料饲养家蚕的优势日益凸显,对家蚕食性的研究也逐渐受到蚕业工作者的重视。近年来对家蚕食性调控相关蛋白及其编码基因的研究富有成效,本文综述了影响家蚕食性的相关蛋白质的研究进展,以期为家蚕食性研究提供参考,并为人工饲料养蚕实用化提供理论支持。

一种新型Z-Pinch PPT的设计和试验

提出一种基于Z-Pinch原理但无需火花塞而自点火新型微脉冲等离子体推力器(Z-Pinch SIPPT)。为了降低推力器的点火电压以及去掉尺寸减小和轻量化的限制,采用点火和放电一体化的改性聚四氟乙烯为推进剂,两个电极分别为钉状阳极和中心有孔的阴极。相比于传统Z-Pinch PPT和平行板脉冲等离子体推力器,该推力器的优点是没有活动部件、火花塞以及为火花塞供电的电源,结构更加简单紧凑。目前研制的该型推力器本体尺寸包络仅有21mm左右,质量为15g。在保持较大推功比优势基础上,点火放电的电压峰值仅为同样自点火的同轴PPT的24%,气体PPT的2.4%。真空舱内多次点火实现累计脉冲1万多次的试验结果表明,该推力器点火电压为480V,推功比为17.83μN/W,平均推力为85.6μN。

HKUST-1形貌对QCM甲苯传感器敏感性能的影响

以室温超声法合成了不同形貌的金属有机框架化合物Cu 3(BTC)2(HKUST-1)的纳米颗粒,并将其制作成石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)构建甲苯传感器.利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,全自动比表面积和孔隙度分析仪,傅里叶变换红外光谱仪等对HKUST-1的形貌和结构进行了表征,测试了不同形貌和比表面积的敏感材料对甲苯的传感性能.结果证明不同晶粒尺寸和暴露晶面的HKUST-1对甲苯的敏感性能有明显影响.当形貌从低能晶面的八面体逐渐转变为高能晶面的立方体时,晶体尺寸变小,孔径逐渐增大.在空间位阻效应和吸附热效应的协同作用下,HKUST-1对甲苯气体显示出特异性吸附和敏感性能,其中高能晶面暴露最多的立方体形貌的HKUST-1对体积分数为60×10^-6甲苯气体的响应值比八面体样品高出1倍.