亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        六氟化硫擾動(dòng)電離層研究進(jìn)展綜述

        2018-04-02 07:29:56史紅星張遠(yuǎn)鵬
        低溫與特氣 2018年1期
        關(guān)鍵詞:研究

        白 云,史紅星*,張遠(yuǎn)鵬,遲 卉

        (1.國(guó)民核化生防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102205; 2.防化研究院,北京102205)

        六氟化硫(SF6)最早是由Moissan和Lebeau于1900年通過讓硫在氟氣中燃燒并去除低氟化合物后分離和鑒定出來的。在常溫常壓下,六氟化硫是一種無色、無味、無毒、無腐蝕性、不燃、不爆炸的氣體,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,卓越的電絕緣性和滅弧性,是一種用途廣泛的新型工業(yè)材料,是大氣環(huán)境中常用的示蹤劑,是電力行業(yè)的滅弧物,在電離層環(huán)境也有著廣泛的應(yīng)用。本文就SF6在外太空環(huán)境中的研究進(jìn)展作了綜述。

        1 SF6空間物理主動(dòng)釋放試驗(yàn)

        從20世紀(jì)60年代起,通過釋放化學(xué)物質(zhì)如SF6,研究電離層結(jié)構(gòu)和特性的工作就開始了,美國(guó)、加拿大、巴西等國(guó)開展了大量的中性氣體釋放試驗(yàn),主要是利用空間飛行器和航天飛機(jī)作為工作平臺(tái),通過攜帶載荷艙、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴焰、航天發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰噴射等方式進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的釋放,取得了很好的效果[1-3]。

        1962~1963年,美國(guó)空軍劍橋?qū)嶒?yàn)室(AFCRL)發(fā)起“螢火蟲”計(jì)劃(Project Firefly),試驗(yàn)緯度為中低緯,釋放量為22.68 kg,監(jiān)測(cè)到了電離層電子密度衰減。

        1983年,由美國(guó)空軍地球物理實(shí)驗(yàn)室(AFGL)、Los Almos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等聯(lián)合開展了電離層擾動(dòng)研究,即IMS試驗(yàn),釋放18 kg SF6,經(jīng)非相關(guān)散射雷達(dá)(ISR)監(jiān)測(cè)知,密度衰減達(dá)40%,擾動(dòng)范圍達(dá)50 km。

        1984年和1986年,波士頓大學(xué)開展了空間負(fù)離子等離子體試驗(yàn)(SPINEX試驗(yàn)),釋放40 kg SF6,監(jiān)測(cè)到在70 km范圍內(nèi)電子密度衰減60%。

        1990年,美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局(NASA)和波士頓大學(xué)在組合釋放和輻射效應(yīng)衛(wèi)星(CRRES)試驗(yàn)期間,開展了觸發(fā)赤道底部的等離子體復(fù)合釋放SF6試驗(yàn),釋放量為35 kg,觀測(cè)到顯著的密度衰減,衰減幅度為65%,空間范圍達(dá)60 km。

        2 SF6擾動(dòng)電離層的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

        國(guó)內(nèi)有關(guān)六氟化硫在電離層作用的研究起步較晚,目前主要側(cè)重于模擬研究。中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與技術(shù)研究中心、中國(guó)電子科技集團(tuán)第二十二研究所、武漢大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等數(shù)家單位針對(duì)人工擾動(dòng)電離層進(jìn)行了初步的理論和數(shù)值研究,主要集中在以下兩個(gè)方面。

        2.1 電離層擾動(dòng)試驗(yàn)的數(shù)值模擬

        中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心針對(duì)我國(guó)中緯度地區(qū)的5月份白天中午附近進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,首先計(jì)算在325 km釋放500 mol SF6的時(shí)空分布,然后加入相應(yīng)的離子化學(xué)過程,最后利用電離層的準(zhǔn)中性條件得到電子密度的變化[4]。

        武漢大學(xué)建立了一個(gè)包括中性釋放氣體擴(kuò)散、離子化學(xué)反應(yīng)及等離子體擴(kuò)散等過程的化學(xué)物質(zhì)電離層釋放三維動(dòng)力學(xué)模型,然后基于該模型對(duì)在300 km處分別釋放1 mol和100 mol SF6進(jìn)行了數(shù)值模擬[5]。

        合肥電子工程學(xué)院利用有限元方法,對(duì)2000年1月1日凌晨北京地區(qū)上空的電離層擾動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,在275 km的高度釋放SF6100 kg,通過編程計(jì)算釋放前后不同時(shí)刻的電離層電子密度分布變化情況,電離層電子密度減小,出現(xiàn)電子耗空現(xiàn)象[6]。

        解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院基于包含擴(kuò)散方程和離子化學(xué)反應(yīng)方程的化學(xué)物質(zhì)釋放二維動(dòng)力學(xué)模型,利用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,釋放點(diǎn)選擇在南京地區(qū),時(shí)間為2011年5月15日12LT,此時(shí)電子濃度峰值高度為327.5 km,釋放物質(zhì)為500 mol SF6,計(jì)算結(jié)果顯示,SF6擴(kuò)散速度較慢,反應(yīng)速度較快,對(duì)電離層foF2的影響程度更大,能有效造成電離層“空洞”[7]。

        西安電子科技大學(xué)物理與廣電工程學(xué)院開展了電離層釋放SF6的三維精細(xì)效應(yīng)研究,在釋放物擴(kuò)散方程中加入了運(yùn)載器飛行速度和姿態(tài)、釋放物釋放速度和流量、熱層風(fēng)場(chǎng)等參量對(duì)釋放物擴(kuò)散過程的影響;在等離子體擴(kuò)散方程中考慮了地磁傾角和沿場(chǎng)擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)人工擾動(dòng)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵參數(shù)的影響,將二維等離子體擴(kuò)散方程擴(kuò)散到三維,同時(shí),采用射線追蹤方法,研究了電離層人工擾動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)短波傳播路徑的影響[8]。

        2.2 釋放器的設(shè)計(jì)及其釋放效果研究

        西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了用于電離層SF6釋放的釋放器結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算該釋放器可攜帶20 kg SF6液體,并在0.22 s內(nèi)完成釋放。該結(jié)構(gòu)通過底部爆炸螺栓連接法蘭盤進(jìn)行密封,未考慮釋放方式細(xì)節(jié)[9]。

        中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心構(gòu)建了一種基于探空火箭平臺(tái)的SF6氣體釋放裝置,該裝置具有體積小、自重輕、對(duì)運(yùn)載平臺(tái)要求低等優(yōu)點(diǎn),裝置自身重量6 kg時(shí)可實(shí)現(xiàn)2 kg的SF6氣體釋放[10]。

        3 SF6擾動(dòng)電離層研究的內(nèi)在動(dòng)力

        SF6在電離層氣化相變釋放后,在巨大的壓力差作用下,像鏟雪機(jī)一樣將周圍的等離子體推開,這一過程以聲速進(jìn)行,經(jīng)歷的時(shí)間很短,一般只有幾秒甚至不足一秒,然后壓力差驟減,當(dāng)氣體的壓力與環(huán)境壓力可以相比擬時(shí),SF6與周圍等離子體充分混合,進(jìn)而向空間擴(kuò)散,這一過程會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,離子化學(xué)反應(yīng)也主要在這一階段發(fā)生,如式(1)所示。

        k1=2.2×10-7/[1+0.0016×exp(4770/Te)]cm3/s;

        (1)

        以上各式中Te是電子溫度

        SF6氣體很容易與電子發(fā)生反應(yīng)生成分子離子,分子離子進(jìn)而又和O+發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行粤W樱箽怏w擴(kuò)散區(qū)域的電離層電子密度降低,從而形成電子密度大大下降的電離層“空洞”,并且維持半個(gè)小時(shí)以上甚至幾個(gè)小時(shí)[6,7]。

        SF6成為一種理想的干擾電離層的物質(zhì)受到重視并被系統(tǒng)研究,有著先天的優(yōu)勢(shì)。

        1.較快的電子反應(yīng)速率。在F層中,占絕對(duì)多數(shù)的O+與電子復(fù)合系數(shù)約為10-12cm3/s, SF6參與反應(yīng)的控制步驟速率約為10-7cm3/s,是CO2(控制步驟速率約為10-9cm3/s)反應(yīng)速率的近百倍。

        SF6較快的反應(yīng)速率在于其本身具有較高的電子親和能,其電子親和能為1.43eV,因此具有較好的電子親和能力,在電離層與電子作用效果良好,可以造成電離層一定區(qū)域范圍內(nèi)顯著的電子密度衰減。

        2.非常好的穩(wěn)定性。SF6的化學(xué)性質(zhì)不活潑,非常穩(wěn)定,在空氣中不燃燒,也不助燃,與堿和強(qiáng)酸等均不作用,即使在石英玻璃管中加熱到500 ℃時(shí)也不分解,因此具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

        4 SF6擾動(dòng)電離層存在的問題及改進(jìn)建議

        SF6雖然是目前較為理想的擾動(dòng)電離層的物質(zhì)之一,但在一些方面還存在不足有待改善。

        SF6亟待改善的問題是在電離層釋放擾動(dòng)時(shí)利用率的相對(duì)不足。SF6通過火箭等攜帶釋放器進(jìn)入電離層,攜帶的化學(xué)物質(zhì)質(zhì)量有限,需要充分利用釋放器內(nèi)的物質(zhì)。而在初始溫度為319 K的條件下,六氟化硫的氣化率僅為0.59,遠(yuǎn)小于人類的期望值。

        SF6的利用率不足主要由于其氣化率相對(duì)較低。電離層環(huán)境是高真空低溫環(huán)境,外部熱源不足,在釋放器短暫的釋放過程中,相當(dāng)于絕熱過程,當(dāng)SF6突然暴露在真空環(huán)境中,由于壓力劇烈下降,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其飽和蒸氣壓,液體處于過熱狀態(tài),必然發(fā)生閃蒸。由于蒸發(fā)要吸取一定的熱量,在沒有持續(xù)熱源供熱的條件下,閃蒸不可能在全部液體微團(tuán)中發(fā)生,而是一部分發(fā)生閃蒸相變,吸收熱量使得另一部分溫度下降凝結(jié)成固態(tài),導(dǎo)致SF6在釋放過程中存在氣化率。SF6的氣化率如式(2)所示。

        (2)

        式中,fv為SF6的氣化率,hv為氣化熱,hf為熔化熱,Cl為液體定壓比熱,TM為冰點(diǎn)溫度,T0為初始溫度,當(dāng)SF6的初始溫度并不太高(遠(yuǎn)低于臨界溫度),粗略估算,可以假定SF6的各項(xiàng)物理參數(shù)為常數(shù)。

        由式(2)可知,在電離層環(huán)境中,SF6的氣化率隨初始溫度的增加而增加,在臨界溫度附近,急劇增加至全部氣化,由此可知,只要保證SF6在釋放器內(nèi)的初始溫度,即可達(dá)到希望的釋放利用率,因此在釋放器充裝過程中可以適當(dāng)升高SF6的初始溫度,考慮到釋放器在運(yùn)載過程中與外界的熱交換,可以給釋放器添加一定厚度的保溫層。

        5 結(jié)語

        SF6擾動(dòng)電離層自身有著先天的優(yōu)勢(shì),但也存在著不足,通過分析其在作用過程中的優(yōu)勢(shì)與不足,針對(duì)不足提出改進(jìn)建議,通過揚(yáng)長(zhǎng)避短,改善不足,SF6在電離層擾動(dòng)中的應(yīng)用會(huì)有更廣闊的空間。

        參考文獻(xiàn):

        [1] BERNHARDT P A. A Critical Coomparison of Ionospheric Depletion Chemicals[J].Journal of Geophysical Research, 1987, 92(A5):4617-4628.

        [2] BERNHARDT P A. Chemistry and Dynamics of SF6Injections into the F Region[J]. Journal of Geophysical Research, 1984(89):3929-3933.

        [3] 許正文,趙海生,徐彬,等.電離層化學(xué)物質(zhì)釋放實(shí)驗(yàn)最新研究進(jìn)展[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2017,32(2):221-226.

        [4] 黃文耿,古士芬.化學(xué)物質(zhì)釋放人工改變電離層[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(4):254-258.

        [5] 胡耀垓,趙正予,張?jiān)r(nóng).幾種典型化學(xué)物質(zhì)的電離層釋放效應(yīng)研究[J].物理學(xué)報(bào),2010,59(11):8293-8303.

        [6]黃勇,時(shí)家明,袁忠才.釋放化學(xué)物質(zhì)耗空電離層電子密度的研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2011,54(1):1-5.

        [7] 汪四成,方涵先,楊升高,等. 化學(xué)物質(zhì)SF6和H2O釋放擾動(dòng)電離層比較研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展,2012,27(6):2464-2469.

        [8] 趙海生,許正文,吳振森,等. 電離層中釋放六氟化硫效應(yīng)的三維精細(xì)模擬研究[J]. 物理學(xué)報(bào),2016, 65(20): 261-271.

        [9] 曹根茂,毛根旺,孫安邦,等.SF6干擾電離層試驗(yàn)方案研究及其釋放器設(shè)計(jì)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2010,29 (12):1683-1686.

        [10] 蔡明輝,馮穎,吳逢時(shí),等. 小型箭載SF6主動(dòng)釋放裝置研究[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào), 2014,34(2):214-218.

        猜你喜歡
        研究
        FMS與YBT相關(guān)性的實(shí)證研究
        2020年國(guó)內(nèi)翻譯研究述評(píng)
        遼代千人邑研究述論
        視錯(cuò)覺在平面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究
        科技傳播(2019年22期)2020-01-14 03:06:54
        關(guān)于遼朝“一國(guó)兩制”研究的回顧與思考
        EMA伺服控制系統(tǒng)研究
        基于聲、光、磁、觸摸多功能控制的研究
        電子制作(2018年11期)2018-08-04 03:26:04
        新版C-NCAP側(cè)面碰撞假人損傷研究
        關(guān)于反傾銷會(huì)計(jì)研究的思考
        焊接膜層脫落的攻關(guān)研究
        電子制作(2017年23期)2017-02-02 07:17:19
        国产69口爆吞精在线视频喝尿| 综合色就爱涩涩涩综合婷婷| 国产一区二区精品久久| 在线欧美不卡| 魔鬼身材极品女神在线| 亚洲一区二区三区综合免费在线| 精品国产av一区二区三区| 中文字幕人妻偷伦在线视频| 亚洲AV无码国产精品色午夜软件 | 日韩亚洲精品中文字幕在线观看| 亚洲欧美综合区自拍另类| 91精彩视频在线观看| 国产三级三级三级看三级日本| 久久一区二区三区久久久| 最爽无遮挡行房视频| 屁屁影院一区二区三区| 中文字幕成人精品久久不卡| 免费的小黄片在线观看视频| 中文 在线 日韩 亚洲 欧美| 欧美一欧美一区二三区性| 少妇裸淫交视频免费看| 免费国产自拍在线观看| 又粗又硬又黄又爽的免费视频 | 亚洲av综合日韩精品久久久| 午夜精品免费视频一区二区三区| 影音先锋男人av鲁色资源网| 国产v视频| 亚洲av一区二区三区网站| 在线视频观看国产色网| 国产精品沙发午睡系列990531| 无码一区东京热| 国产一区三区二区视频在线观看| 国产欧美成人一区二区a片 | 亚洲日韩中文字幕在线播放| 在线观看二区视频网站二区| 激情综合色五月丁香六月欧美| 天堂√最新版中文在线天堂| 久久精品国产亚洲av热一区| av在线免费观看网站免费| 亚洲成av人在线观看天堂无码| 精选麻豆国产AV|