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低真空节流元件内颗粒团聚与沉积仿真研究
王泽涛;张克杰;华伟健;阮仁晖;刘鹤欣;闫昊;车军;武中地;谭厚章;本研究通过数值模拟的方法研究了低真空条件下(4000 Pa)UF6气流中的亚微米UO2F2颗粒(0.2 μm和1 μm)在管道内的团聚和沉积特性。在欧拉-拉格朗日框架下构建了用于描述气固两相流中颗粒团聚和沉积的动力学模型，其中团聚模型考虑了湍流团聚和布朗团聚，沉积模型是基于能量守恒的临界速度模型。在此基础上研究了节流件结构、气体流量和粒径对颗粒沉积和团聚特性的影响规律。结果表明：低真空条件下，带孔板的管道和带阀门的弯管内，惯性分离是颗粒沉积的主要机制，大粒径颗粒的沉积比例高于小粒径颗粒。在带孔板的管道内，颗粒主要受回流气体夹带而沉积在孔板下游管道壁面，沉积位置的形状呈环状和柱面形状；增加气体流量会增加孔板上下游的压比，使孔板下游局部位置的气体达到超声速，增大回流区强度，卷吸更多颗粒，进一步增加颗粒的沉积比例。在带阀门的管道内，颗粒主要沉积在附近存在回流区的管道壁面，沉积位置的形状呈特有的3个环状(低流量下)或柱面形状(高流量下)。由于孔板的节流效应大于阀门，孔板管道内颗粒的惯性分离作用更显著，因此孔板内颗粒的沉积比例更高。湍流耗散率和碰撞核函数的分析表明，带孔板的管道内，气体流量为90 g/s时，湍流碰撞和布朗碰撞在颗粒长大过程中贡献相似；其他工况下，布朗碰撞在颗粒长大过程中贡献大于湍流碰撞。
W波段修正矩形环对角双杆行波管研究
何锐;汤鹏;廖永森;高嘉欣;魏望和;当代真空电子技术的发展，对行波管的工作频段、工作带宽以及电子效率提出了更高的要求。为了迎接下一代卫星通信领域里新的挑战，本文开展W波段修正矩形环对角双杆慢波结构行波管研究。在详细分析行波管慢波结构的高频特性基础上，获得了平坦色散、高互作用阻抗的矩形环对角双杆慢波结构参数，而采用相对较细的连接杆可以获得更大的互作用阻抗。采用侧面共面输入输出耦合器，在70-110GHz频带范围内获得了S11<-22.1 dB的良好传输。PIC计算结果表明，在10250V电子注电压和0.096 A工作电流的条件下，矩形环对角双杆行波管在99 GHz频点处可以提供77.15 W的最大输出功率，对应微分增益和电子效率分别为1.47 dB/mm和7.84%，其3 dB带宽达到14 GHz(87～101 GHz)。
弧形转子的叶片弧度对套轴式对转水力空化反应器空化性能影响的研究
庄鹏;管思桐;王彩霞;周子谦;葛艺;宋永兴;水力空化技术是一种新型高效氧化技术，广泛应用于工业废水处理、能量转化和环境保护，具有成本低、能效高、操作简便等优点。本文根据实验室已有的套轴式对转水力空化反应器，提出三种不同弧度的弧形转子，研究叶片弧度和转速对套轴式对转水力空化反应器性能的影响，利用Fluent软件进行了模拟计算和参数对比分析。结果显示，叶片弧度与转速共同影响空化表现。2400r/min时，60°叶片空化最强但区域集中，空化体积为331564.1mm3，90°叶片性能均衡，120°叶片最弱；3000r/min时，120°叶片空化体积达到最大，60°和90°叶片性能也提升；4200r/min时，60°和120°叶片因流场失稳性能下降，而90°叶片凭借流道设计优势性能持续增强，稳定性最好。本研究创新性地设计了双转子对转空化反应器，利用逆向旋转克服了单转子结构的空化不均问题，实现了全域强化。
基于PIC-MCC方法对溅射离子泵放电过程的研究
李冬;张浩;王丰;张颖志;叶琳琳;汪良;赵崇凌;袁方;溅射离子泵抽气性能依赖于复杂的放电过程，涉及粒子碰撞、气体电离等微观机制，直接影响其电离效率、抽速及低气压下的稳定性和寿命。传统实验方法成本高、条件苛刻，而数值模拟高效可控，其中粒子模拟方法因其较高精度和对非平衡态的适用性已成为研究放电过程的重要手段。现有研究多聚焦宏观参数，缺乏对带电粒子微观运动和电磁场动态影响的深入分析。本文采用粒子网格法（PIC）结合蒙特卡洛碰撞（MCC）方法，通过VSim软件三维数值模拟，揭示了高真空下电子和离子在不同压力、磁场及电压等条件下的分布与运动特性，明确了这些关键参数对粒子运输、密度分布、离子流的影响机制，为后续溅射产额的精确计算与抽速优化提供理论基础，并为泵性能提升与结构优化提供可靠的技术支撑。
动态吸脱附效应对空间引力波惯性传感器残余气体噪声的影响
张俊;王朋;李冬辉;翁磊;欧阳智;王旭迪;残余气体噪声是限制空间引力波惯性传感器测量精度的重要因素，对空间引力波探测至关重要。空间引力波惯性传感器在轨运行时残余气体主要为氢气和水分子，研究难点在于水分子残余噪声的评估。水分子在金属表面滞留时间跨度长，可达10-3 s到105 s，使得其施加在测试质量上的冲量间隔拉长，对0.1 mHz到100 mHz低频引力波信号产生干扰，即水分子的动态吸脱附效应。本研究建立了针对水分子动态吸脱附效应的残余气体噪声理论模型，分析了动态吸脱附效应的作用机理。结果表明，水分子残余气体噪声是氢气分子的1.73倍，可使残余气体噪声超出1×10-15 (m·s-2/Hz1/2)的阈值。水分子动态吸脱附效应受吸-脱附参数ka、kd控制。吸附参数ka则对水分子与探测器间的动量交换有“缓冲”作用，可减小噪声，脱附参数kd则相反。研究结果对准确评估空间引力波惯性传感器在轨噪声具有意义。
地外星球中甲烷来源检测方法
周德蓉;王斐;郭美如;寻找地外生命迹象是当前深空探测的核心目标。甲烷(CH4)作为结构最简单的有机物，不仅是行星中复杂有机物合成的前体，也是示踪生命活动与地质演化过程的核心标志物，因此对其来源的检测分析具有重大意义。不同成因机制赋予了甲烷独特的同位素特征，使得同位素组成成为判别其来源的关键。此篇综述首先介绍地球上甲烷的来源与分析依据，重点对比了适用于深空探测任务的原位光谱与质谱探测技术，以及基于采样返回的实验室高精度分析方法，探讨了相关技术的原理与典型应用，研究表明，凭借现有技术可以在深空探测中对地外星球表面的甲烷进行存在性验证与浓度检测，但对于生命迹象的探测存在显著的不确定性。最后对当前探测技术的局限性与未来发展趋势进行了总结与展望。
面向宽高度域的温压环境模拟：设计与试验验证
赵月帅;龚洁;丁文静;方嬿;刘然;许梦龙;何超;李娜;针对现有环境模拟设备难以实现宽高度域温压连续耦合控制的难题，设计并研制了一套宽高度域温压环境模拟系统。系统采用宽压力范围分段协同压力控制架构，提出多模态温度控制方法，实现宽高度域的温压环境模拟。实验验证表明：系统压力控制范围达5×10??Pa至10?Pa，常压控制精度可达0.03%，5.5kPa至常压控制精度优于±0.3%，0.01Pa至5.5kPa控制精度优于±10%；温度范围-173℃至+60℃，0～30km稠密大气区温度均匀性±1℃，30～80km稀薄气体区±4℃；腔体可耐受-100℃的低温环境，且漏率优于1.0×10??Pa·m3/s，可满足高真空环境的实现需求。该系统在同一腔体内集成太空冷黑背景（-173℃等效）与大气可控温压环境模拟能力，实现了宽高度域温压参数的连续高精度耦合控制，为空间飞行器热防护系统验证、临近空间探测器环境适应性测试等提供了关键试验平台。
基于光腔衰荡吸收光谱技术的极小真空分压力校准设备研究进展
张树雨;成永军;贾文杰;董猛;孙雯君;为进一步降低真空分压力的测量下限并解决传统真空计量仪器周期性校准等问题，开始采用光量子技术进行真空分压力的测量与校准。该方法基于光腔衰荡吸收光谱（CRDS）技术实现气体吸收系数的高精度测量，并依据相关公式反演气体分子数密度，进而获得对应气体的真空分压力量值。文章基于CRDS技术发展，系统梳理了光腔衰荡吸收光谱技术的出现与发展过程，展示了其在真空分压力领域的非侵入、高灵敏度、免校准等独特优势，并通过兰州空间技术物理研究所典型极小真空分压力校准装置的研制过程结合相关仿真结果从理论层面验证了CRDS技术在极小真空分压力测量领域的可行性。最终分析表明，CRDS技术在未来有望实现更低压力量值测量，推动真空计量向便携化与绝对标准化方向发展。
基于双矩形密封圈超高真空差分旋转机构设计与实验
朱庆浩;张腾巍;刘文豪;王旭迪;本文针对超高真空(UHV)设备实现从大气环境到超高真空环境可靠过渡，同时提供360°连续、精密旋转运动的使用需求，采用带尖角的矩形密封圈并设计了相应的旋转差分密封机构。利用有限元分析软件，对常用的O形密封圈与带尖角矩形密封圈表面接触应力进行了分析，对比相似最大表面接触应力下阻力的关系，并搭建实验系统研究单胶圈密封和差分密封在静态和旋转运动情况下的真空密封性能。结果表明带尖角的矩形密封圈在动密封方面更有优势。相同最大接触应力条件下O形密封圈的转动阻力是矩形密封圈的2.5倍。单胶圈漏率约10-7 Pa·m3/s，差分密封比单层胶圈漏率小3个数量级约10-10 Pa·m3/s。具有更优异的密封效果与更高的稳定性。
基于质谱法的水蒸气透过率测试系统设计及实验研究
王国栋;张世恒;李建文;刘强;陈景明;何志斌;余锡友;水蒸气透过率是评估薄膜阻隔性能的关键技术指标，目前常用的检测方法精度较低，测量量程有限。基于气体分子渗透理论，开展了不同温湿度真空环境下的水蒸气透过薄膜的吸附、溶解、渗透、扩散及脱附的物理过程的研究，分析了阻隔性能的测试方法及其测试系统的基本特征，提出以质谱法分析技术为核心的高精度水蒸气透过率测试系统设计方案。开发了测试系统装置，实现了系统经针阀微量取样、四极质谱仪精确测量透过薄膜的水蒸气分压，通过理论公式换算得到水蒸气透过率，解决了传统方法测试精度低的技术难题。同时，实验研究了不同温湿度条件下PET薄膜水蒸气透过率的性能特征及影响因素，得到了影响薄膜阻隔性能的特征曲线。结果表明:温湿度升高会增大气体室水蒸气浓度，增大吸附速率和扩散系数，加剧分子热运动，导致水蒸气透过率增大，阐释了温湿度调控PET薄膜阻隔性能的物理机制，为优化高精度水蒸气透过率测试系统的设计提供了理论依据与工程设计参考。