放电通道长径比对霍尔推力器性能的影响

为了获得霍尔推力器放电通道长度与宽度的最佳匹配关系,提升推力器性能,以兰州空间技术物理研究所研制的LHT-70霍尔推力器为研究对象,利用一维流体模型,研究了阳极工质流率对比冲、推力的影响,并通过与试验数据比对,验证了模型的合理性。在此基础上,研究了放电通道长径比α(长度与宽度的比值)对霍尔推力器性能的影响。结果表明,随着放电通道长径比的增加,电子温度降低,电子密度增加,电离率上升,离子密度增加,但由于中性原子密度与离子壁面损失增大,工质利用率下降;放电通道出口处电势降、比冲、推力和效率先增大后减小。由工质利用率、比冲、推力和效率随放电通道长径比增加而变化的趋势可知,在固定放电通道体积与内径,增加长度时,当放电通道长径比介于1.80~2.05,霍尔推力器性能达到最优。研究结果将为霍尔推力器的优化设计提供理论指导。

Experimental study on influence of boundary on location of maximum velocity in open channel flows

The velocity dip phenomenon may occur in a part of or in the whole flow field of open channel flows due to the secondary flow effect. Based on rectangular flume experiments and the laser Doppler velocimetry, the influence of the distance to the sidewall and the aspect ratio on the velocity dip is investigated. Through application of statistical methods to the experimental results, it is proposed that the flow field may be divided into two regions, the relatively strong sidewall region and the relatively weak sidewall region. In the former region, the distance to the sidewall greatly affects the location of maximum velocity, and, in the latter region, both the distance to the sidewall and the aspect ratio influence the location of the maximum velocity.

Influence of tool deflection on micro channel pattern of 6:4 brass with rectangular tool

Machining experiment of micro channel structure with 6:4 brass was carried out by shaping process using a single crystal diamond tool. FEM simulation using solid cantilever beam model was analyzed. In result of experiment, tool deflection is observed as machining characteristics through result of experiments such as surface roughness, cutting force and burr formations. And the influence of tool deflection is experimentally proved.

基于结构优化的矩形微通道换热特性分析

本文采用了数值模拟的方法,研究了微通道换热器结构对其内部流动与换热性能的影响,分析了不同宽高比C矩形微通道内流动与换热特性的变化,在其内部加微结构并分析微结构对换热器热性能的影响。结果表明:矩形微通道在宽高比C=1.00与宽高比C=2.00时微通道整体换热性能分别呈现出最差与最优,换热性能相差约31.5%,综合性能相差约23.6%;在宽高比C=2.00的矩形通道内表面添加微结构之后,微结构引起流道内局部扰动破坏边界层强化了流体混合的同时增强了换热,流速较小时增强效果较明显,换热最大可提高2.88倍,但伴随着巨大的压降,最大达到97.3%。

短纳米通道的盐浓度梯度差发电性能

为了优化短纳米通道的盐浓度梯度差发电性能,运用有限元仿真方法计算了NaCl、LiCl、CaCl_(2)和MgCl_(2)四种阴离子相同且阳离子扩散系数小于阴离子的盐溶液在不同浓度比下用作短纳米通道浓差发电时的性能。分析了离子扩散系数、价态和通道尺寸对短纳米通道发电性能的影响。结果表明对于壁面带有负电荷的短纳米通道(长度小于10 nm),当浓度比较低时,溶液中阳离子的扩散系数越大其产生的最大功率越大;当浓度比较高时,溶液中阳离子的扩散系数越小其产生的最大功率越大;与一价阳离子溶液相比,二价阳离子溶液在低浓度比下获得的最大功率较低,在高浓度比下获得的最大功率较高;整体上四种盐溶液在高浓度比下获得的最大功率较大,并且高浓度比下浓度比越高、纳米通道的长径比越小产生的最大功率越大。当通道长径比降低至0.2(孔长2 nm,孔径10 nm)时,利用浓度比为3 000:1的MgCl_(2)溶液进行盐浓度梯度差发电可获得113 pW的最大功率。

蛇形流道中微粒惯性聚焦及细胞操控技术

惯性微流控技术作为一种被动式操控微粒的技术,广泛应用于生物医学领域。基于惯性聚焦原理,设计了两种不同宽高比的非对称蛇形流道的微流控芯片,以研究宽高比、流道长度和流体体积流量对微粒惯性聚焦行为的影响。使用软光刻与等离子体键合工艺制作芯片,研究了粒径15μm聚苯乙烯荧光粒子在蛇形流道中的惯性聚焦特性,以及该芯片操控H1299人非小细胞肺癌细胞的效果。结果表明:在宽高比为4∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为100μL/min时产生单列聚焦。在宽高比为3∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为10μL/min时即可产生单列聚焦,且粒子在低宽高比流道中仅需更短的流道即可实现聚焦。此外,随着体积流量的增大,粒子的聚焦位置逐步向外壁面迁移。最后,验证了H1299细胞在低宽高比流道中的单列聚焦与排列操控的可行性。该研究结果表明低宽高比的非对称蛇形流道更易于粒子惯性聚焦,且通过优化流道结构与体积流量可实现生物细胞的精确惯性操控。

一种小直径、大长径比电子束通道的精密加工方法

随着真空电子器件朝着高功率、高频率方向发展,器件尺寸和电子束通道直径越来越小,加工难度越来越高。本文提供了一种小直径(0.5 mm)、大长径比(200)电子束通道的精密加工方法,该加工方法将扩散焊和线切割工艺结合,加工工艺简单、精度高、一致性好,满足小直径、大长径比电子通道的高精密加工需求。

通道深宽比对液体火箭发动机推力室再生冷却的影响

应用湍流模型对液体推进剂火箭发动机再生冷却推力室通道的流动与传热进行了三维数值模拟,冷却工质为氢气,其密度、导热系数、动力粘度随着温度和压力而变化,冷却剂比热容及金属固体物性随着温度而变化.计算采用标准k-ε两方程湍流模型及气-固耦合算法.保持再生冷却通道个数及冷却工质进口流量不变,通过改变通道肋壁厚度来改变冷却通道深宽比,研究不同深宽比对推力室壁面再生冷却效果的影响规律.计算结果表明:增加通道深宽比对推力室壁面能够起到强化传热的作用,但同时也增加了冷却通道的进出口压差.这是由于冷却工质流速的增高,从而提高了推力室传热系数.随着深宽比不断增加,推力室再生冷却效果趋于饱和,而冷却工质进出口压降则不断上升.

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明:矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。

宽高比对尾向可见明火矩形喷管红外抑制特性影响研究

以国外某型先进无人机上使用的涡扇发动机为基础，缩比4．3倍得到轴对称收敛喷管AR0，并在出口面积相同的条件下改变喷口形状得到5组不同宽高比（W／H-1～16）的矩形喷管模型（AR1～AR16）．用傅立叶红外光谱仪对喷管与热喷流在3～5μm波段上的红外辐射进行了测试．研究发现，与轴对称喷管相比，矩形喷管减小了红外源的辐射，起到了明显的红外抑制作用，并且其红外抑制特性随着宽高比的增大是逐渐增强的．

深宽比对氢氧推力室冷却通道传热特性的影响

为了研究液氢冷却的不同深宽比冷却通道结构的传热特性,设计了深宽比分别为15、9.6、6.7和3的4种冷却通道沿圆周均布的分区并联组合式传热试验装置,采取了肋条测温模块以测量肋条不同深度的温度分布,开展了不同室压和混合比的气氢与液氧燃烧环境下液氢的传热特性试验。试验室压为6~7.4MPa,混合比为5.5~7.2。试验结果表明:高深宽比冷却通道换热面积增大,肋条效应更高,换热能力增强;深宽比越大肋条温度分层现象越明显,肋温沿径向逐渐增加;随着冷却通道深宽比增加,冷却剂温升逐渐增加,传热效果增强,但冷却剂流阻先减小后增大。

卷边槽钢梁受压翼缘畸变屈曲时的屈曲系数

通过对卷边槽钢梁畸变屈曲形式的分析，提出了受压翼缘屈曲系数ｋｆ的计算公式，并结合我国常用卷边槽钢的截面尺寸，提出了在受压翼缘屈曲系数ｋｆ≥４．０时板件长宽比α的限值以及在板件长宽比超过此限值时ｋｆ的最低值。指出了我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８－８７）把受弯卷边槽钢梁受压翼缘的屈曲系数按轴心受压时的１．３５考虑过于保守。

大长径比皮料玻璃管加工工艺研究及应用

为满足高增益、低噪声微通道板要求的大长径比皮料玻璃管,采用精密机械整形冷加工工艺提高皮料管的几何均匀性,实现微通道板的性能提升。通过改善机床加工误差、对刀误差以及设计合适的机动夹紧机构可有效控制皮料管内圆精磨加工精度。对磨头转速、背吃刀量、轴向进刀速度及金刚砂磨头粒度4个水平因子开展L16正交试验,得出背吃刀量是影响皮料管内圆精磨加工表面质量的主要因素。选择合适的抛光工艺及工装夹具,最终将皮料管的尺寸变化量控制在1%以内,表面粗糙度Ra值有效控制在0.02μm。通过Φ25/6型微通道板制板试验,结果表明:减小皮料管的几何尺寸偏差在一定程度上提高了微通道板阵列一致性、开口面积比一致性,以及增益均匀性,对制造高性能微通道板有较好的借鉴作用。

宽浅型明渠非定常流的数值模拟

本文根据不可压缩三维非定常流的动量方程和连续方程,求解了宽浅型明渠中三维流速分布和水位随时间的变化规律.采用单方程湍流模式确定涡粘性系数,沿垂向引入无尺度坐标,使计算网格能拟合自由面及床面.对控制方程采用有限差分离散、剖开算子法求解.通过引用欠松驰技术,提高了计算稳定性.计算表明,本文中提出的计算方法具有时间步长大、存储量小和机时省的优点.最后,用其求解长江口南港河段的潮流运动,计算结果与现场实测结果十分一致.

大长宽比矩形微通道内的气泡生长与相变传热分析

研究了液体工质FC-72在大长宽比矩形截面微通道内流动沸腾过程中的单个气泡生长情况。选取的微通道水力直径为571、762和1 454μm,通道截面的长宽比分别为20、20和10。实验中运用透明加热技术,在对微通道表面加热的同时实现了通道透明可视化。观测获取了完整气泡生长周期内的三个生长阶段,探讨了气泡形状变化的主导因素。此外,气泡生长过程中几何形状的演变与通道截面长宽比密切相关。讨论了气泡当量半径、气泡长宽比等随热流密度、面积质量流量以及微通道尺寸和形状等的变化趋势。此外,还探讨了基于气泡体积增长得到的蒸发热流密度及其影响因素,对气泡生长过程中的热量传递进行了初步的分析。研究表明,蒸发热流密度随着气泡的生长逐渐升高,当气泡开始快速指数增长后蒸发热流密度高于微通道壁面的热流密度。另外,蒸发热流密度随着面积质量流量的增加而有所降低。

基于SU-8的微流沟道的设计和制作

以SU—8作为结构材料,采用紫外光刻工艺,尤以斜曝光工艺为主,制造一种新型的、小型化的、低成本的、三维的、高深宽比的微流沟道,微流沟道的高度约为1100μm。初步确定出加工此微流沟道结构所需要的曝光计量、前烘时间、后烘时间和显影时间以及工艺方法,为加工其他尺寸的微流沟道提供参考。基于此方法加工的微流沟道可以应用在微型流式细胞仪上,来提供红细胞计数、血色素浓度、血小板计数和红细胞单元指数等参数。

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质，对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究；矩形通道的横截面为1．41mm×40mm和10mm×40mm，实验压力为常压，气、液相表观速度分别为0．015--0．59m／s和0．025-3．74m／s。利用获得的实验数据及文献数据，对4种典型泡状流．弹状流转变判定准则进行评价，结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出，泡状流．弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比（宽高比s／w）的函数。为此，以当量直径10mm为界，分别提出临界空泡份额计算关系式，从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较，修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。

基于硅微通道板的CoNiP微米管阵列的磁性

利用压差液流法在硅微通道板(MCP)孔道内侧壁上沉积钴镍磷(CoNiP)软磁性材料,制备了钴镍磷微米管阵列。比较了液流沉积与直接水热法沉积两种工艺方法,验证了液流法对于宏多孔硅化学沉积的优化。以不同方式对所得样品进行退火,观察平行和垂直于微米管长轴方向的矫顽力和剩磁比(Mr/Ms),发现垂直于微米管阵列长轴方向的剩磁比明显大于平行于微米管阵列长轴方向的,这表明制备样品的易磁化方向为垂直于微米管阵列长轴的方向,同时电流退火使垂直和平行于微米管长轴方向的矫顽力的大小关系发生反转。

宽高比对矩形窄缝通道内流体温度场的影响

对宽面均匀加热、窄面绝热的矩形窄缝通道内强迫对流换热进行了3维数值模拟,模拟结果与实验数据符合较好。使用该方法研究了宽高比对矩形窄缝通道内流体温度场的影响。结果表明,对于大宽高比矩形窄缝通道,在角部区域以及加热面中心区域均会出现热集中现象;加热面中心区域的热集中程度较角部区域的热集中程度低,并且随着矩形通道宽高比的减小而消失;此外,由于数值扩散的影响,低阶插值格式(如乘方插值)不能预测出加热面中心区域的热集中现象。

微反应器矩形微通道截面高宽比对流速的影响

利用Fluent流体计算软件对矩形微通道在质量流量为0.04～0.25g/s,雷诺数在100～1100,矩形截面高宽比在0.10～1之间的层流流动进行了数值模拟研究,其中矩形微通道采用硅为材料,水作为流动介质,得出了流量相等条件下微通道截面高宽比对流速大小的影响。