深冷混合工质节流制冷机研究进展

混合工质节流制冷机采用不同沸点组元构成多元混合物作制冷剂,适宜工作在从液氮温度至单级蒸汽压缩循环制冷温度下限的广阔温区,在生物医学、能源、材料甚至国防安全等领域具有广泛而重要的需求。本文简要回顾了作者团队围绕混合工质节流制冷技术方面近20年的研究工作,内容包括:工质筛选,回热换热器工作特性,混合工质节流制冷循环结构热力学优化分析,循环工质变浓度特性,及以-186℃节流制冷深冷冰箱、撬装天然气液化为代表的应用研究等。

一种基于深冷混合工质节流制冷机的高真空水汽捕集器

详细介绍了一种新型的高真空深冷水汽捕集器。该深冷水汽捕集器采用单压缩机驱动的混合工质节流制冷机冷却,制冷系统采用商用单级油润滑压缩机驱动,在配套600L涡轮分子泵时,压缩机的额定输入功率450W,捕集器表面温度最低为110K。在相同真空测试条件下,开启低温捕集器可使系统极限真空度和抽速均提高一个数量级。该新型深冷捕集器具有优异的性能、低廉的造价及高可靠性等特点,与其他高真空获得设备如涡轮分子泵结合可成为一种优异的洁净高真空获得系统。

混合工质浓度变化对节流制冷机性能影响的敏感性分析

多元非共沸混合工质应用于深冷节流制冷机中,显著提高了制冷系统效率,得到了广泛应用。但是有多种因素会促使多元混合工质循环浓度变化,即最终循环混合物浓度与初始配制浓度不同,从而造成系统性能也发生变化。就混合物各组元浓度变化特性对制冷系统性能造成的影响进行敏感性分析。结果表明,不同组元在制冷系统中作用不同,存在关键组分,其浓度变化对制冷机性能影响显著。分析结果将有助于提高实际制冷系统性能,并加深对深冷多元混合工质工作机理的认识。

一种新型分凝分离式混合工质内复叠节流制冷机的实验研究

混合工质节流制冷机正在许多方面获得越来越广泛的应用。文中提出了一种新型分凝分离式内复叠节流制冷循环 ,设计了一种具有内部传热和传质的分凝分离器并用此来代替传统的气液分离器 ;建立了相应的单级油润滑制冷压缩机驱动的实验系统 ,并分别进行了 1 2 0 K和 1 80 K两个温区的实验研究。在 1 30 K时获得了 60 W的制冷量 ;1 35K时获得了 74W的制冷量 ;1 55K时获得了 2 65W的制冷量。

120K～150K温区混合工质内复叠节流制冷机的实验研究

混合工质节流制冷机正在许多方面获得越来越广泛的应用 ,本文提出了利用内复叠节流制冷系统获得 1 2 0K～ 1 5 0K温区的制冷方案并分析了它的应用前景 ,建立了相应的单级油润滑制冷压缩机驱动的实验系统。无热负荷时最低温度达到 1 1 2K ,在 1 30K时获得了 6 0W的制冷量 ,1 35K时获得了 74W的制冷量。

获得低于60K温区的混合物工质内复叠节流制冷机的研究

提出了利用内复叠节流制冷循环获得３０ Ｋ～６０ Ｋ温区的新制冷方案。进行了与之相关的热力学问题分析，建立实验装置，首次获得了５０

液氮温区JT节流制冷机多元低温混合物工质热力循环优化设计

报道了针对液氮温区混合物工质 Ｊ Ｔ节流制冷机的热力循环优化计算。作者以制冷循环的卡诺系数为目标函数， 考虑了压缩机的容积效率及换热器的传热温差损失等实际情况， 采用复合形优化算法， 在给定热力条件下来优化混合物最佳配比和循环最佳运行压力参数。计算结果对实际混合物制冷循环设计有一定指导意义。

用于复叠温区的多元混合工质节流制冷机优化分析及实验研究

本文报道了一种应用于复叠制冷温区的多元混合工质节流制冷机。文中建立了多元混合工质节流制冷热力循环的优化分析模型 ,给出了多元混合工质选配与循环运行参数设计原则。针对于某一复叠温区制冷温度进行了优化计算 ,计算结果与文献中一经典复叠式制冷循环的理论计算结果进行了比较。结果表明 :在采用合理选配的混合物作制冷工质时 ,一次节流制冷循环其性能与经典复叠式制冷循环相当。在理论分析的同时 ,我们也进行了相应的实验研究 ,在采用 1/ 3HP的空调压缩机驱动下 ,采用两种混合工质分别取得了在 - 70℃有2 0W和 - 12 0℃有 11W的制冷量的实验结果。综合表明 :考虑到混合工质节流制冷系统的简单性与可靠性 ,混合物工质一次节流制冷有可能部分替代经典复叠式制冷方式。

多元混合工质节流制冷机逆流换热器综合传热系数的实验研究

逆流换热器是多元混合工质低温节流制冷机中最为关键的部件之一,本文针对多元低温混合工质节流制冷机经常采用的管套管式逆流换热器进行实验研究,得出了采用不同工质下的换热器温度、压力沿程分布情况,并进一步得到了混合工质逆流换热器的整机换热系数。实验中各条件都是真实制冷机的典型运行工况,实验结果加深了我们对采用多元混合工质在具有相变传热情况下的工作特性的了解,对今后制冷机换热器的设计具有很大的帮助。

低温冷冻治疗的新冷源——多元混合工质节流制冷机

报道了一种应用于低温医疗的多元混合工质节流制冷机。文中建立了多元混合工质节流制冷热力循环的优化分析模型 ,包括多元混合工质选配与循环运行参数设计原则。同时 ,设计制作了一台样机 ,并采用两种混合工质进行了相关实验研究 ,分别取得了在 - 70°C有 2 0W和 - 12 0°C有 11W的制冷量的实验结果。结果表明 。

混合工质在制冷机节流元件毛细管中的流动特性

可用于天然气液化的深冷多元混合工质节流制冷技术由于其固有的优点以及其制冷温区跨度大的特点 ,近年来得到了前所未有的重视和发展。随着这项技术的不断成熟 ,对混合工质在深冷制冷机节流元件内的流动特性的研究也显得日益重要。纵观现有的众多节流毛细管的研究文献 ,内容主要涉及普冷工质的流动特性 ,而且其中大多采用的是均相模型。而深冷多元混合工质由于其本身的特点 ,与普冷工质有着很大的不同。为此 ,文章旨在研究混合工质在毛细管内的流量特性 ,尝试使用了分相流动模型来计算深冷多元混合工质在绝热毛细管中的流量特性 ,建立了深冷混合制冷剂在毛细管中流动的控制方程 ,并依此编制了计算程序 ;同时搭建了深冷混合工质在绝热毛细管中流动特性实验台 ,进行了深冷多元混合工质在绝热毛细管中的流动特性实验研究。理论计算结果与实验结果符合度较好 ,其偏差均在 10 %以内 ,基本满足了工程上的需要 ;

混合物和纯氮工质在一种 JT 节流制冷机上热力性能的对比实验

报道了采用混合物工质及纯氮工质在一种开式快速ＪＴ节流制冷机上的实验对比研究。采用纯氮工质在压力为１１．０Ｍｐａ左右，该ＪＴ节流制冷机可获得的最低温度为８３～８４Ｋ，启动时间在７５ｓ左右；而采用混合物工质后，在压力为５．０ＭＰａ左右，该制冷机可获得７３～７４Ｋ的最低温度，降温时间与纯氮相当。实验结果表明，采用混合物工质将会较大地改善该种ＪＴ节流制冷机的热工性能。

混合工质J-T节流制冷机中换热器特性的试验研究

文中介绍了对混合工质 J- T节流制冷机中换热器特性实验研究的结果 ,指出多组分混合工质 J- T节流制冷机及其换热器设计过程中 ,混合工质组分配比对整机及换热器换热和流动有重要影响 ,选择组分配比时要统筹考虑混合工质小温差换热段的出现位置及其长度的综合影响。

高效率的低温混合工质J-T节流制冷机的试验研究

A mixed-refrigerant J - T cooler using gas mixture （N2+CH4+C2H6+C3H8） is experimentally investigated in this paper. In the experiment, the influence of different discharging pressure, different sucking pressure and different hotinend temperature of heat exchanger on thermodynamic performance of the J - T cooler have been done experimentally. When working at condition of discharging pressure from 3.0MPa to 6.0MPa and sucking pressure from 0.1MPa to 0.12MPa, the mixed-refrigerant cooler can achieve the temperature of 80K to 82K and thermal efficiency of 10%, 3 to 5 times of pure nitrogen cooler. Consequently,using mixed refrigerant is effective way to improve the thermodynamic performance of J -T cooler.

采用混合物作工质的J—T节流制冷机

报告了国内外采用混合物作工质的Ｊ一Ｔ节流制冷机的实验研究情况。理论计算的两个重要参数（等温节流效应和正常沸点）与这些实验的结果作了对比。另外，给出了工作在不同压力下的一种混合工质及纯氮的焓温图。从理论计算和实验的结果可以看出混合工质Ｊ一Ｔ节流制冷机比单纯工质的Ｊ一Ｔ节流制冷机有更大的制冷量和更高的热效率。

用于复叠温区的多元混合工质节流制冷机

本文报道了一种用于复叠制冷温区的多元混合工质节流制冷机。文中提出了理论 优化分 析原则。同时进行了相关的实验研究。综合结果表明，在许多应用场合混合工质节流制冷机比传统复叠制冷机系统更具有优势。

70K温区混合工质分凝分离循环节流制冷机实验研究

混合工质节流制冷机正在许多方面获得越来越广泛的应用。文中设计了一种新型的混合工质分凝分离循环 ,建立了实验系统 ,并在 70 K温区进行了实验。实验结果表明 ,节流制冷机可以达到 6 5 .3K的低温 ,并在 72 K温度提供 1W的制冷量 ,输入功率为 5 0 0 W。

线性压缩机驱动的混合工质微型节流制冷机

很多电子器件在低温环境下工作具有更强的性能,但低温电子器件的广泛应用仍受到制冷技术微型化落后的牵制。本文研究了一种基于多元混合工质的闭式节流制冷系统,该系统由Hampson型微型节流制冷机与线性压缩机相结合,工质采用摩尔浓度为39%甲烷/20%乙烷/41%异丁烷三元混合物,实验研究了制冷机在不同工况条件下的降温性能。结果表明:制冷机在0.10~1.77 MPa和0.14~1.90 MPa压力条件下均可实现165 K的制冷温度,在0.36~1.73 MPa和0.18~1.36 MPa压力条件下均可实现198 K的制冷温度。该系统结构紧凑,有利于促进低温电子器件在国防军事、空间科学和生物医疗等领域的应用。

小型混合工质J-T制冷机

报道了节流制冷机工作的一般原理和发展状况 ,对节流装置和节流换热器的研究动态作了较详细的介绍 ,综述了混合物作为节流工质大大提高了制冷机的热力性能 ,得出了一些有益的结论并提出了需进一步研究的问题。

不同用途的低温混合工质节流制冷系统研究的综合报道

针对不同的用途， 可以选择不同的混合物组成及不同工作模式， 形成高效率的混合物工质节流制冷系统。本文报道了我们针对高温超导器件冷却、红外探测器冷却、小型天然气和氧气液化装置、真空泵油阱或水阱冷却以及低温外科手术刀等用途而研制的各类多元混合物工质节流制冷系统的实验研究和产品开发情况。