基于遗传算法的双压氢液化流程性能优化研究

由于液氢具有储氢密度高等显著优势,因此氢液化技术是实现氢大规模化应用的关键技术之一。构建了双压Claude循环的氢膨胀制冷氢液化循环流程,调用Refprop软件物性库确保物性数据的准确性,利用遗传算法以总比功耗为优化目标,开展了氢液化流程热力参数设计与优化。优化后流程氢液化率达到6.5 t/d,液氢产品仲氢含量95%,总比功耗为10.53 kW·h/kg,流程(火用)效率为35.72%。给出了低温各部件(除却压缩机和水冷器部分)的(火用)损失分布和各部件(火用)损失占比;可为大型工业级氢液化装置研制提供参考。

4.3 K~299 K温区Cu-ETP热膨胀系数原位实验测量研究

采用多模式微波谐振法,开展了定压气体折射率基准测温系统中谐振腔材料电解精炼韧铜(Cu-ETP)线性热膨胀系数的高精度原位实验测量及其不确定度分析研究,温度范围为4.3~299 K.针对不同的温度区间,采用了降温法(5~299 K)和控温法(4.3~26 K)两种实验测量方案,通过降温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.2×10^(−7)K^(−1),其中,重复性是其测量不确定度的主要来源;通过控温法测得的线性热膨胀系数标准不确定度优于2.9×10^(−9)K^(−1),微波模式一致性和重复性是其测量不确定度的两大主要来源.由于控温稳定性高、微波测量噪声低,控温法所获得的线性热膨胀系数结果更为精确.最后,按照温区范围进一步发展了该系统内Cu-ETP材料线性热膨胀系数的计算方程,实现了实验数据与温度的高精度关联.

5~25 K深低温区交流电桥高稳定控温影响因素研究

控温稳定性是影响深低温区热力学温度测量不确定度、热力学温度国际比对可靠性以及温度标定水平的关键因素之一。为探究影响深低温区高稳定性温度控制的影响因素,在前期研究基础上,本文设计了温度计引线电阻和标准电阻控温实验方案,并在5 K和25 K开展了相关控温实验,定量评估了温度计引线电阻和标准电阻对深低温区温度测量平均值和控温稳定性的扰动影响。结果表明:温度测量平均值几乎不受引线电阻和标准电阻的影响;控温稳定性会随引线电阻和标准电阻而变化,引线电阻越低深低温区控温稳定性越高,并存在一个最佳匹配的标准电阻。本文研究结果可为构建深低温区高稳定性的低温工作环境提供参考。

低温循环对标准铂钴电阻温度计稳定性影响的实验研究

低温,尤其是低于24.5561 K(氖三相点)温区,常用的三种标准电阻温度计是铂、铑铁和铂钴电阻温度计。铂钴电阻温度计在20 K以下的灵敏度和稳定性与铑铁电阻温度计相近,可作为精密测温的标准器使用,越来越受到低温界的重视。本文研究了自研的铂金壳标准铂钴电阻温度计低温温循后的短期稳定性,介绍了标准铂钴电阻温度计低温温循考核流程、水三相点标定装置和用于温度计液氮温循的装置,完成了4支标准铂钴电阻温度计在室温至液氮温区的温循考核测试。经过20次温循后,水三相点的稳定性测试结果显示,最优的铂钴温度计稳定性为0.3 mK。

Cu-ETP等温压缩系数原位实验测量研究

电解精炼韧铜(Cu-ETP)通常用于制作基准级温度计中的核心部件微波谐振腔,其等温压缩系数对高准确度的热力学温度测量至关重要。但由于缺乏Cu-ETP在低温下的相关物性数据,常用高导无氧铜(OFHC)的等温压缩系数来近似Cu-ETP的等温压缩系数。为了获得Cu-ETP等温压缩系数的原位实验测量结果,在定压气体折射率基准级温度计实验系统的基础上,采用多模式微波谐振法测得了氖三相点(24.5561 K)处Cu-ETP的等温压缩系数,并计算了其不确定度。最终结果与通过间接计算得到的同温度下OFHC等温压缩系数之间具有较好的一致性且不确定度水平相当。参考氖三相点处Cu-ETP等温压缩系数的测量结果,获得了5~24 K温区内Cu-ETP等温压缩系数外推值。极低温区Cu-ETP等温压缩系数原位测量结果和外推计算结果可为热力学温度测量、气体基本热物性测量等提供参考数据。

食品速冻方法与模拟技术研究进展

随着食品行业的快速发展,食品速冻因可提供较高的食品品质而备受关注。本文介绍了冻结的原理,对比了快速冻结和慢速冻结对食品品质影响的差异,并阐述了食品速冻的传统方法及压力辅助、电磁辅助等新兴的速冻方式的优点和局限性,从提高食品品质和节能的角度而言,这些新兴的辅助速冻方式应用前景广阔。为了优化速冻过程并指导实验研究,总结了食品冻结过程数值模拟方法及其研究进展。

食品液氮速冻技术研究进展

液氮速冻技术能使食品快速穿过冰晶区实现食品的玻璃化或部分玻璃化,提高速冻食品的品质,在食品冷链中广泛应用。本文概括了食品液氮速冻技术的基本原理和经典传热模型,对比了液氮浸渍冻结、冷气循环冻结和喷淋冻结等速冻方式的特点,总结了速冻食品品质评价的研究进展和液氮速冻技术在食品加工中的应用范围,并展望了液氮速冻技术未来的研究方向。

纳米AlN分散的Bi_(85)Sb_(15)低温热电性能研究

利用机械合金（MA）和放电等离子（SPS）烧结方法,制备出Bi85Sb15/x mol%AlN（x=0,0.1,0.2,0.3）块体材料。在77—300 K温区内,测试了块体材料的电导率、Seebeck系数、霍尔系数和热导率,并由此计算出材料的zT值。结果表明：纳米AlN分散的Bi85Sb15材料,随着AlN含量的增加,样品的迁移率升高,从而明显提高材料的电导率,但Seebeck系数绝对值呈减小趋势。适量的纳米AlN的引入可以形成散射中心,增加对声子的散射作用,降低热导率。当基体Bi85Sb15中加入0.1mol%AlN时,其zT值在250 K取得最大值～0.32,比基体在此温度下的zT值提高了45%。

4.2K低温调节阀传热过程分析

根据低温调节阀的实际运行工况,分析其各漏热途径。针对其漏热情况,提出了多种减小漏热量的措施。同时,利用有限元软件ANSYS模拟分析了低温调节阀及改进后的低温调节阀在设计工况下的温度场分布及其漏热量,并对比分析。模拟分析显示,低温调节阀的内管采用G-10CR材料后,其漏热量降低了32%;低温调节阀的外管焊接热沉后,其漏热量降低了43%。

微波增敏的mPEG-PLGA栓塞微球治疗原发性肝癌的研究

本文通过复乳法制备了具有微波增敏功能的单甲氧基醚聚乙二醇-聚乳酸羟基乙酸(mPEG-PLGA)栓塞微球,用于原发性肝癌的治疗研究。mPEG-PLGA微球生物安全性良好,呈较均匀的单分散性,平均粒径约为63μm。与对照组相比,mPEG-PLGA微球在微波辐射下能升高8.5℃。以ICR小鼠皮下H22肿瘤为模型,在微球辅助下,微波消融使得小鼠肿瘤抑制率达到100%。以新西兰白兔VX-2肝脏原位移植瘤为模型,经肝动脉超选择介入给药后,数字减影血管造影(DSA)图像显示肿瘤和周围血管迅速"消失",mPEG-PLGA微球具有良好的栓塞效果。微波消融患处,材料+微波组6天后肿瘤在两个方向的消融直径分别达到15.76和21.85mm(微波组为11.18和11.78mm)。本文开发的mPEG-PLGA微球实现了动脉栓塞与微波增敏消融的协同肿瘤治疗,可为原发性肝癌的治疗提供有效医用材料。

面向航天应用的液态金属相变传热性能研究

为探究液态金属相变材料的适用范围,本文使用数值模拟手段,比较分析了以镓为代表的低熔点金属与以正十八烷为代表的石蜡类相变材料之间的传热性能。结果表明,镓更适用于应对瞬时高热流冲击,即高热流、短时间工作的电子设备散热;而正十八烷适用于低热流、较长时间工作的电子设备控温。此外,单位体积相变材料,镓模块的热控时间长于正十八烷模块;单位质量相变材料,镓模块在短时间内占优,长时间内正十八烷模块占优。针对潜在应用场景进行分析,表明了液态金属相变材料可用于航天天线TR组件和激光器芯片控温。

高导无氧铜等温压缩系数推算模型研究

建立了高导无氧铜等温压缩系数推算模型,适用温度范围为5~300 K。通过拟合室温区(260~280 K)、低温区(140~160 K)和深低温区(10~30 K)的高导无氧铜等温压缩系数数据,获得了三组推算模型。在相应条件下,各模型的外推结果均优于文献模型。三组推算模型的平均绝对相对偏差分别为0.199%、0.074%和3.014%。低温区模型推算结果最好,高导无氧铜等温压缩系数在5~25 K之间相对偏差均在0.060%以内,平均绝对相对偏差为0.048%,可满足该温区高导无氧铜等温压缩系数计算准确度的要求。

中国污水处理电耗分析和节能途径

随着中国污水处理量的增加和处理标准的提高,污水处理电耗引起了广泛重视。本文针对中国污水排放及处理情况进行调研,介绍了传统的污水处理方法和单元装置,并对国内污水处理电耗进行分析。在污水处理电耗分析基础上,指出污水处理合理设计的重要性,通过分析污水进水量及成分,选择合理高能效的处理工艺,能避免产生"大马拉小车"的能源浪费问题。其次指出了3种节电途径:改进传统污水处理方法中的工艺单元,如改进耗电较大的进水泵和曝气单元;改进工艺流程,如减少回流降低耗电;开发处理污水节能新技术、新方法,如人工湿地法、超导磁分离法。

小型室温磁制冷系统的研制

设计并搭建了一台小型室温磁制冷系统,进行了初步性能实验研究。系统采用双层同轴Halbach永磁组,磁体旋转后可在中心处获得最大1.3 T磁场;在主动磁回热器两端设计了双通道流路,可有效避免系统流体死体积;驱动控制系统利用多轴伺服驱动器对磁体和水力活塞运动进行控制。样机采用了直径0.55—0.80 mm钆球作为制冷工质、p H值为11的氢氧化钠溶液为换热流体,进行了初步实验研究,考察了利用系数对制冷温跨的影响等。在高低温端绝热与运行频率0.60 Hz的情况下,实验获得13.3 K的最大无负荷制冷温跨;在运行频率为0.4 Hz时最佳利用系数为0.35,此时无负荷制冷温跨为12.1 K。

液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿

＂热障＂问题已经成为阻碍高端电子芯片和光电器件向更高性能发展的重要挑战,发展高性能芯片冷却和热管理技术迫在眉睫。作为一大类新兴的热管理材料,液态金属在对流冷却、热界面材料、相变热控等领域均带来了观念和技术上的巨大革新,打破了传统冷却技术的性能极限,给大量面临＂热障＂难题的器件和装备的冷却提供了全新解决方案,有望在国防、航空航天、能源系统及民用电子设备等领域的冷却与热管理系统中发挥重要作用。本文回顾了液态金属先进冷却技术的发展历程,主要包括液态金属对流冷却技术、液态金属热界面材料、液态金属（低熔点金属）相变储能与热控技术、基于液态金属的复合冷却技术等;梳理了液态金属冷却技术中的关键科学与技术问题和面临的挑战。

R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。

主动吸收式造波机的设计及初步实现

主动吸收式造波机能够实时消除水池干扰波对模型试验产生的影响,保证试验结果的准确性。基于微幅波理论,提出主动吸收式造波方法,推导摇板式造波机的控制方程,设计了基于该造波方法的主动吸收造波控制系统,通过多条反馈路线实现了造波机的精确控制,达到对造波板前干扰波的实时吸收,保证了水槽中波浪为目标波形。最后,在相同造波条件下,对比采用主动吸收造波方法和非主动吸收造波方法的试验结果,充分验证了主动吸收式造波方法具有可行性,时效性。主动吸收式造波机的实现,有助于提高波浪试验的准确性,节省试验成本,提供良好的试验环境。

动力学参数在直线压缩机故障诊断中的应用

给出了直线压缩机动力学参数测量方法,在此基础上开展了动磁式直线压缩机排气阀片破裂及谐振弹簧断裂2种故障情形实验研究,得到了相应故障情形下压缩机动力学参数的变化特征。通过实验结果可以看出,排气阀破裂导致泄漏瞬间压缩机行程突然增大,等效刚度及阻尼均大幅降低;谐振弹簧断裂使得活塞振动出现紊乱,计算得到的位移值存在较大波动,系统等效阻尼在故障运行时明显增大。通过实验研究表明动力学参数的在线测量,可以实现直线压缩机运行状态在线监测及其故障诊断。

哑铃形热声谐振器的谐振频率

热声自激振荡模态取决于声学谐振器结构形式和特征尺度。级联型热声热机依靠哑铃形谐振器来调制所需要的局部高阻抗行波声场,谐振管通常由几段不同横截面的管段组成。哑铃形热声谐振器的谐振频率由共鸣腔容积、谐振管截面和长度共同决定。根据哑铃形谐振器不同截面管段内的声传播规律、共鸣腔声学边界条件以及管段间的声压和体积流率连续条件,利用行波叠加的方法,建立均匀管模型、变截面模型和热声网络模型,得到了系统谐振频率随共鸣腔容积变化和谐振管特征尺寸变化的规律。系统谐振频率的变化将引起最佳听音点的位置的移动,进一步起到调节回热器声阻抗的作用。实际热声热机实验研究中,通过改变谐振器特征尺度或结构形式调节系统的谐振频率,也是热声热机调试过程中实现自激振荡的主要手段。

冰箱直线压缩机行程不稳定波动的机理分析

直线压缩机冰箱制冷系统的实验研究显示,在初始启动调节后供电参数保持不变的过程中,直线压缩机行程出现了不稳定波动现象。最大的活塞行程波动率约为3. 8%,输入功的波动率约为21. 3%,波动周期约为220 s。通过建立的直线压缩机动态仿真模型,对该不稳定现象进行解耦分析,结果表明:吸气压力的波动对直线压缩机行程的影响较大,排气压力的波动对其影响很小,但行程的波动对排气压力有一定的影响。直线压缩机启动过程中行程的反复调节引起了排气压力出现较大的波动,经过一段稳定运行后,该波动传递到直线压缩机的吸气端,从而引起了所述的不稳定波动。