外施横磁下真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程仿真研究

从微观的角度分析外施横向磁场下直流真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程。首先,建立了可以描述直流真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程的粒子模拟-蒙特卡洛碰撞仿真模型,确定了弧后金属蒸汽击穿判据;其次对比了不同横向磁场强度下弧后金属蒸汽击穿的发展过程,分析外施横磁强度对弧后金属蒸汽击穿的作用;最后,分析了外施横向磁场强度对弧后金属蒸汽击穿时刻的影响。研究结果表明:场致发射提供了金属蒸汽击穿的初始电子,是诱发金属蒸汽击穿的“种子”,电子崩的出现意味着金属蒸汽击穿的发生;横向磁场会降低真空间隙内的电子数和铜离子数,这是因为间隙内的电子和铜离子会在横磁的作用下横向扩散;横向磁场越大,金属蒸汽击穿速度越慢,当外施磁场由0 mT增加至2000 mT时,击穿时刻由1.913×10^(-7)s增加至2.72×10^(-7)s。本文的研究结果有助于理解外施横磁下直流真空开断的弧后金属蒸汽击穿过程,可为低压直流真空断路器的开发提供理论依据。

“浣熊”强度变化的环境背景和卫星观测分析

利用实况观测定位和强度资料、NCEP的1°×1°全球最终分析资料、NOAA周平均1°×1°海温再分析资料和FY卫星水汽图像,分析台风浣熊(0801)的环境背景条件和内核结构演变与强度变化的关系。结果表明:(1)环境风垂直切变增大至10m.s-1左右与南海北部海表温度逐步减小导致最大可能强度不断降低是"浣熊"快速发展过程中断并减弱的重要外部条件;(2)卫星水汽图像显示内核结构存在眼壁破裂和复原现象,该现象精确地反映其强度变化。眼壁破裂(复原)过程导致"浣熊"减弱(增强)。

液体中的激光超声脉冲

强度调制的光束或脉冲光束投射到媒质中(可以是固态、液态、气态或等离子体等各种物态的媒质),媒质吸收光能而激发出声波的效应称为光声效应.早在1880年贝尔(Bell)首先在固体中观察到光声效应.但在此后很长的一段时间里,光声效应的研究进展缓慢,这主要是因为当时缺乏强光源和检测弱信号的手段。以致光声效应的实际应用价值未能充分显示,随着强光源的相继问世,例如各种激光器和强氙灯光源,以及弱信号检测技术的不断发展,从20世纪70年代以后,光声效应的研究取得迅速进展.由于光可以在各种媒质中激发声波,而利用检测到的声波反过来可获得有关媒质的光学、热学、力学以及媒质内部结构等特性的信息,光声效应已广泛应用于物理、化学、生物、医学以及海洋、环境和材料科学等多个领域.本文将介绍脉冲激光在液体中激发超声脉冲方面的研究现状,特别着重于液体中脉冲激光激发超声脉冲的机制及其应用前量.

脉冲激光在液体中激发的声波特性研究

理论上分析了脉冲激光在液体中产生的声波波阵面随光声源形状的变化,以及不同激发机制下光声脉冲波形的差别,并从实验中得出了脉冲CO2激光光声脉冲频谱特性。结果表明光声波波阵面为球面或柱面,热弹机制激发双极性的光声脉冲,汽化机制激发单极性的光声脉冲, CO2脉冲激光在水中激发的声波频谱峰值主要在100 kHz以下。通过选择光声源的形状和激发机制可以获得所需的光声信号。

提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率。

高通量塔板悬挂式降液管击穿漏气的气液相研究

采用空气-水物系,在直径为500 mm的有机玻璃塔中对底部分别开有8个和12个液流孔的悬挂式降液管的漏气进行了研究,并在假设漏入降液管的气体产生的压降与板压降相等的基础上建立了击穿漏气模型。结果表明,当塔内的气体流量逐渐增大,漏入的气体以气柱的形式连续进入降液管时,降液管液层被击穿,降液管无法正常操作。根据实验数据得到了击穿漏气模型的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好。开有12个液流孔的降液管在液流孔的真实漏气气速为1.40 m/s时,漏入的气体会击穿降液管液层。

基于PIC-MCC方法真空直流断路器弧后金属蒸气击穿过程分析

真空直流断路器弧后介质恢复过程是决定其开断是否成功的重要物理过程,因而受到研究者的广泛关注。该文的主要目标是采用粒子模拟的方法研究真空断路器弧后金属蒸气击穿阶段的发展过程及影响因素,并基于粒子云网格(Particle in Cell)和蒙特卡罗碰撞(Monte Carlo Collision)相结合的PIC-MCC方法,建立弧后金属蒸气击穿模型,对金属蒸气击穿的发展过程进行空间2维速度3维的仿真模拟,然后讨论触头表面温度、金属蒸气密度、触头开距、电压等重要因素对击穿的影响。模拟结果表明:在一定范围内,增大金属蒸气的密度,击穿发生的更迅速;触头温度越高,击穿更容易发生;暂态恢复电压峰值越高,击穿发生更快。另外,当场强不变时,对于较小开距,击穿反而不太容易发生,当开距较大时,击穿发生的时间几乎不受开距的影响。

激光诱导等离子体中铜原子和铜离子的时空行为

通过光谱观察 ,考察了激光诱导铜等离子体的动力学过程和等离子体成分的时空行为 .不同能量的等离子体粒子 ,产生的机制不同 ,在时空演变过程中显示的行为不同 ,它们受背景气氛的影响也不同 .

低漏电、高击穿电容的HDPCVD工艺研究

介绍了一种低漏电、高击穿电容的HDPCVD(ICPCVD)工艺,并对制备的电容进行了电性能分析和失效分析。通过优化确定了工艺的最佳反应条件,研制出的电容其击穿场强达到8.7MV/cm,在电压加到200V时其电容漏电小于0.5μA。通过与传统的PECVD工艺进行对比,充分体现了HDPCVD(ICPCVD)工艺生长介质的低温生长、低漏电、较高击穿场强、无H工艺等优点。随后的失效分析表明,电容上下电极金属对电容成品率有着很大影响。

跨空水介质激光声技术发展分析与思考

跨空水介质间的激光声技术是世界各国正在研究的一个重要课题,开展激光声作为通信声源的技术研究有助于海洋通信的发展应用,该通信技术利用激光在水中产生声波,在空中获取声回波信号,综合应用了激光技术、声学与电子学等多种技术手段,具有强大的技术优势;利用机载平台产生激光,在水中产生声波并在空中接收被水下目标反射或散射的声波,从而对水下目标进行探测,是光、声联合探测领域的一项新的交叉技术,可满足不同海域、不同战术使用下的作战需要。论文介绍了不同条件下的激光致声原理,分析了激光声技术在探测和通信领域的应用场景,并结合已有的研究成果对激光声技术的发展应用提出了几点建议。

FC-72介质液态、气态及两相态工频击穿特性研究

相变冷却技术逐渐成为高压功率电力电子器件散热瓶颈的解决方案。但在高压应用场景中,由气泡引发的绝缘问题需要重点关注。针对相变冷却的沸腾特征,掌握制冷剂液态、气态以及两相态的绝缘特性是开展相变冷却技术绝缘分析的基础,而现有研究尚没有系统性的制冷剂多相态绝缘特性测试方法。因此,文中研制了用于制冷剂多种相态工况的绝缘实验装置,首次实现了低沸点液体蒸汽的介电强度测试,进而提出了制冷剂蒸汽及两相态环境的击穿实验方案。利用FC-72制冷剂,对其液态、气态及两相态展开了系统性的击穿特性研究,获得了FC-72蒸汽在多种气压下的介电强度,以及其两相态下的击穿测试结果。结合气泡在电场下的行为特性,分析了两相态环境下的击穿机制。最终,形成了以蒸汽介电强度为依据的两相态间隙绝缘阈值评估方法。

Al丝物理状态调控及对芯晕演化特性的影响

基于快直线脉冲变压器(FLTD)平台开展了数十kA电流下Al单丝芯晕演化特性研究,实验发现丝过早发生电压击穿会减少丝芯的能量沉积,而晕等离子体的迅速发展将约束丝芯的进一步膨胀,降低丝芯膨胀速度。通过调整负载两端的初始电压、丝长及增加闪络开关等手段,抑制了Al丝的过早击穿,增加了早期能量沉积,获得了不同的丝芯物理状态(部分气化或完全气化)。Al丝的气化提高了丝芯膨胀速度,最高达11~14 km/s,晕等离子体发展缓慢,延缓了边界处不稳定性的出现,降低了后期m=0的发展速度。FLTD负极性输出时,Al丝沿轴向的极性效应更加明显,靠近阴极处丝芯膨胀慢,边界处晕等离子体密度高,不稳定性的发展速度快。

铝单丝Z箍缩形成无核冕结构的物理分析

针对铝单丝Z箍缩负载,计算其可形成金属蒸气而不形成核冕等离子体的电路和负载参数范围。提出了铝丝电爆炸形成金属蒸气的能量沉积判据和击穿电压判据;建立了热动力学模型,选取电路参数使得金属丝气化时放电回路电流恰好迅速下降,从而避免发生电压击穿。计算了典型电路下的负载电流、电压、电阻及沉积能量的变化曲线,并分析了回路总电感、充电电压以及负载丝长度、直径对其的影响规律。计算结果表明:当储能电容为150pF、充电电压为65kV、回路电感为300nH时,可驱动直径20μm、长2cm的铝丝电爆炸形成铝丝蒸气。快电流前沿、小丝直径和较短的丝长度有助于提高负载中的单位质量沉积能量,容易电爆炸形成金属蒸气负载。

金属基底对石墨烯薄膜阴极气体击穿稳定性影响

利用石墨烯二维材料极好的场发射能力和发射稳定性,提出了石墨烯阴极提高气体开关击穿稳定性的技术路线。采用化学气相沉积法和基底腐蚀转移法两种方法制备金属基底石墨烯薄膜阴极。利用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了石墨烯薄膜阴极质量,确认了石墨烯层数和均匀性。实验研究了两种石墨烯薄膜阴极气体开关,在微秒脉冲均匀电场作用下的击穿特性,获得了击穿电压幅值和分散性的变化规律。结果表明:当气体为0.6 MPa N2、电极间距为5 mm时,铜基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压为85.9 kV,相对标准差为3.2%;不锈钢基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压仅为59.8 kV,相对标准差为2.4%。当两种阴极击穿电压均为80 kV时,相对标准差比较,不锈钢基底仅为铜基底的44%。分析认为,不锈钢基底石墨烯薄膜质量优于铜基底,石墨烯薄膜导致阴极表面微观场增强因子更高,表面分布更均匀,在电场作用下场致发射产生均匀稳定的大量初始电子流,降低了气体开关击穿电压,有效提高了击穿稳定性。

液体中声吸收对光声信号波形的影响

研究液体中声吸收对三种具有不同波形的脉冲光声信号的影响，把吸声介质视为一个线性、时空不变的低通滤波器，得到了考虑声吸收后光声脉冲的幅值和波形随传播距离变化的表达式。

大马士革工艺中等离子体损伤的天线扩散效应

等离子体技术的广泛应用给工艺可靠性带来了挑战,等离子体损伤的评估成为工艺可靠性评估的重要内容之一。针对大马士革工艺中的等离子体损伤问题,提出了天线扩散效应,确定了相应工艺的天线扩散系数,提高了工艺可靠性评估的准确性。根据不同介质层沉积对器件的影响,确定了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是大马士革工艺中易造成等离子体损伤的薄弱环节之一。实验结果表明,同种工艺满足相同的天线扩散效应,此时工艺参数的改变不会影响天线扩散系数。对带有不同天线结构的PMOS器件进行可靠性分析,得知与密齿状天线相比,疏齿状天线对器件的损伤更严重,确定了结构面积和间距是影响PECVD工艺可靠性水平的关键参数。