摘要：换热器的传热温差与阻力压降是一对相互矛盾的参数。在低温板翅式换热器设计中需要对换热器结构及翅片进行优化,使传热温差与阻力压降达到最优。在约束条件范围内换热器与锯齿形翅片的几何参数可能是连续的或离散的。本文利用基于基因遗传算法的优化方法对其进行计算,分别利用SEGA算法进行单目标优化分析,利用NSGA Ⅱ算法进行多目标优化分析。为了避免"熵产悖论",在单目标优化中分别采用修正熵产数与耗散数最小作为适值函数,而在多目标优化中分别以换热器的传热温差及阻力压降造成的修正熵产数与耗散数最小作为适值函数,并利用TOPSIS(优劣解距离法)策略在Pareto解中得到最优解。结果表明,单目标优化中以修正熵产数或耗散数为目标函数具有相同的优化效果,而多目标优化的结果更具针对性,以修正熵产数与耗散数为目标函数分别对压降及传热温差有更好的优化效果。

摘要：参考一种简化的、解析近似的计算模型,以地球到火星的对接任务和往返任务为例,对核聚变等离子体推进器性能关键参数如推进系统质量、比冲、任务时间、有效载荷份额及比功率等进行分析,得出了任务时间和有效载荷质量份额与聚变堆芯输出功率、推进器结构质量和比冲的依赖关系。在此基础上,结合核聚变地面商业堆的相关进展,对现有的技术做合理适当外推,理论计算表明:飞行任务能够在1~2个月内达到目的星球同时可携带超过10%的有效载荷份额,并提出了未来核聚变空间推进器的初步参数方案和设计构想,总体上能够为未来核聚变空间推进技术的发展提供一定的参考。

摘要：离轴积分腔输出光谱技术(off-axis integrated cavity output spectroscopy, OA-ICOS)是一种高灵敏度的激光光谱测量技术.但由于使用密集的高阶模进行光谱探测,OA-ICOS输出信号强度较低,使得探测灵敏度高度依赖于光源功率.针对该问题,本文引入光学再入射的方法,使激光再次注入光腔,以提高能量利用率和输出信号强度.本文使用三维光追踪模拟软件,设计再入射结构,研究了影响信号增益的多个因素.并搭建一套2μm波段的再入射OA-ICOS装置,开展了一系列研究实验.实验数据表明:再入射方法使OA-ICOS信号增强了8倍,信噪比提升了4.6倍,有效改善了探测灵敏度和光谱的吸收深度,缓解了探测中遇到的信号功率低的问题,为使用低功率光源和高反射率腔镜提供了有效的方法.

摘要：激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差光谱测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。

摘要：为了提高深空探测任务的范围和能力,亟需发展高性能的聚变空间推进器,而其中最为关键的子系统是磁喷嘴。首先介绍了聚变空间推进器的主要工作原理,并分析了核聚变地面发电应用中的偏滤器和空间推进应用中磁喷嘴系统的差异与联系。在此基础上,通过参考一种简化的磁喷嘴性能计算模型,初步评估了推力为1~1000N,比冲为10^(4)~10^(5)s,聚变传输功率为100MW~10GW研究范围内,不同推进性能需求与磁喷嘴系统磁喉处磁场大小、库区等离子体密度及推进剂质量流量的依赖关系。相关定性及定量分析结果能够为未来核聚变空间推进器磁喷嘴系统的物理和工程设计提供一定的参考。

摘要：近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

摘要：可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)利用半导体激光器的可调谐和窄线宽特性,通过选择特定气体的单条吸收线,排除其余气体的干扰,可以实现高精度、高选择性的气体浓度测量,在气体浓度检测系统中具有广泛的应用前景。在不同的应用条件和环境下,需要解决相应的硬件和数据处理方面的技术问题。主要研究TDLAS技术机动车尾气CO组分浓度遥测系统中的光谱数据处理问题,该系统利用路面漫反射回波信号遥测行驶中的机动车尾气CO组分浓度。由于激光扫描光谱回波信号受到漫反射面情况变化、空气环境变化、尾气湍流影响等因素影响,探测器收集到的信号不仅较弱同时也夹杂着多种噪声,即测量光路信噪比较差,故提出一种自适应层进式Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波算法,实现了对光谱进行滤波处理从而更加准确地反演CO浓度。S-G滤波算法因其原理简单、功能强大、只需设置两个参数(窗口大小、拟合阶数)等优点,已广泛应用于光谱处理。如何正确设置S-G算法参数使滤波效果在去噪不足和过度滤波之间找到平衡点,是该滤波算法应用的一大难题。设计的检测系统中,测量光路光谱信号为非平稳信号,噪声和有效信号幅度时变,最佳窗口大小和多项式阶数随信号动态而变化,且变化区间较大,使用固定参数的S-G滤波器难以达到最佳效果。提出的自适应层进式S-G平滑滤波算法,通过逐层将测量光路光谱信号经过S-G滤波后,与参考光路的光谱信号设置的参考段比对信号相关系数和信号一阶导相关系数的和,以自适应得到逐层最优参数。通过对信噪比从9.81~29.77的10组不同带噪光谱分析验证了该算法的有效性,自适应层进式S-G算法能较好地去除噪声并还原带噪信号所携带的待测气体浓度信息,与带噪光谱对比,吸收光谱峰值最大误差由25.152%降至5.917%,积分吸光度最大误差由18.1%降至3.9%。在实现的系统中,使用自适应层进式S-G算法对测量光路进行滤波处理,并对不同车型、不同排量、燃烧不同油品的机动车在怠速和缓速通过(5km·h^-1)系统时其排放的CO浓度进行实时在线监测。

摘要：基于Rb的低熔点特点,提出了固/液转变+超声分散的纳米化策略,即:将熔化的液态Rb置于特定介质(甲苯)中进行超声乳化,进而冷却凝固形成固态纳米颗粒以实现其纳米化。通过这种策略,成功获得了分散在甲苯里的Rb纳米颗粒。这些Rb纳米颗粒呈近球形,平均粒径约为45 nm。金属Rb纳米颗粒的尺寸可通过调节超声功率进行控制。随着超声功率的降低,颗粒的平均粒径增加。当超声功率降至320和240 W时,平均粒径分别增加至55和70 nm。金属Rb纳米颗粒具有良好的点火作用,可实现有机物甲苯在显著低于其着火点的温度下(如120℃)快速引燃(点火时间小于1 s),且随着温度的升高,甲苯的点火时间变短。当温度为250℃时,可在0.25 s内点燃甲苯。本工作不仅为金属Rb的纳米化提供了新的途径,而且还可望为新型含能材料及点火器件的设计提供新思路与依据。

摘要：EAST极向场电源是由晶闸管相控整流电路组成的大功率变流器,其同步信号的取用至关重要。为提高控制精度,采用EAST极向场电源系统中整流变压器的次级电压信号作为同步信号。由于该同步信号中包含大量的谐波及噪声,所以需要对其进行滤波。通过分析同步信号的特点,提出了滤波器设计要求,比较不同滤波器特点后,选用状态变量滤波器进行滤波,并对状态变量滤波器的设计进行了详细的理论分析和参数计算。最后通过RT-LAB实时仿真测试和实验证明,该滤波器具有理想的滤波效果,可以实现同步信号的精确提取。

摘要：激光外差技术具有高光谱分辨率特性,常用于地球大气探测研究,尤其是测量整层大气透过率及气体浓度反演。本论文设计了以窄线宽3.53μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源的激光外差系统,实现了整层大气中水汽和甲烷气体吸收光谱的测量,系统光谱分辨率达到0.002cm-1,信噪比为24.9dB,达到多普勒线型吸收谱线的测量要求。利用自行搭建的测量系统测量了3.53μm波段整层大气透过率,与辐射传输软件仿真分析结果进行对比,其绝对差值小于0.1,实测透过率与仿真透过率具有相同的变化趋势。该系统结合最小二乘法实现了实际大气中水汽和甲烷的同步反演,合肥地区春季水汽和甲烷的柱浓度均值分别为1.20g/cm2和1.31mg/cm2。通过对3.53μm激光外差太阳光谱测量系统的研究,掌握了调提高光谱分辨率和信噪比的方法,为获取大气分子更加准确的吸收谱线和气体浓度反演奠定了基础。