超流He系统的拓扑结构研究

本文利用有序介质缺陷的同伦论系统地研究超流He系统的拓扑结构.对于~4He和~3He的A,B相的拓扑结构,给出更严格、更简洁的讨论.尤其是,以代数拓扑理论为工具,本文预言超流~3He系统的四种新相:C,D,E和F相,给出其拓扑结构的示性数,以及C,D相出现的大致物理条件.

基于减压降温原理的超流氦获取真空机组的研制

南方先进光源研究测试平台(SAPS-TP)为了给超导腔提供2 K测试环境,采用在氦池入口抽真空至饱和蒸气压的方式来获取2 K超流氦。研制一套减压降温真空机组用来抽取真空,详细介绍了设计和选型计算,并借鉴各大型2 K低温系统的使用经验,进行了优化。已完成20余次超导腔的性能测试,真空机组运行稳定,氦池压力、温度和液位等参数的控制精度达到设计指标。运行测试结果表明,所研制的减压降温真空机组性能满足设计要求。

1.8 K超流氦系统中常温减压泵机组的控制与调试

核聚变领域和高能物理等领域内的大型科学装置的迅猛发展,促进了1.8 K/2 K超流氦系统的进步和广泛应用。作为获取超流氦的常用方法,介绍了1.8 K超流氦系统中常温减压泵机组的工艺流程、结构、设计参数、自动控制流程、远程监控的设计以及启动停机过程的性能测试验证。通过常温减压泵机组的逐步减压控制,快速且稳定地获取了1.8 K超流氦,泵组各实测参数均达到或优于设计参数。

超流氦低温系统板式换热器的设计与优化

负压换热器是超流氦低温系统的关键部件。通过设计和优化,将板式换热器应用于液氦温区。采用分布参数微元法建立了变物性参数换热器传热模型,基于该模型编写了板式换热器的设计与校核计算程序。以换热器效能、负压侧压降和换热器体积为目标进行了量纲分析,确定了人字波纹板片的优化参数。随后采用NSGA-Ⅱ算法进行了多目标优化,以换热器体积最小为前提做出了板式换热器选型。最终得到了三种优化后的设计方案,研制了板式换热器样机。通过分析换热器性能随热流体流道数的变化规律,解释了换热器设计效能偏高的原因。

2 K超流氦池压力控制的模拟与分析

超流氦因其优秀的热力学特性被广泛应用于国外大型超导加速器中。随着科学研究的发展,国内对超流氦的需求也有所提高。目前制备2 K超流氦的经典方法为抽气减压制冷技术,超导加速器对该过程中氦池的压力稳定性的要求不断提高,当前主流的压力控制手段已很难满足需求。本文提出一种基于热力计算的压缩机抽气量精确调节方法,结合氦的物性和氦池内的各物性参数建立控制方程。在MATLAB中对比普通的PID调节方法与该精确调节方法的压力波动表现,证明其提高压力稳定性的作用。

长螺旋钻孔压灌超流态混凝土桩的施工质量控制

由于长螺旋钻孔压灌桩与超流态混凝土结合施工的压灌质量无法保证,因此根据超流态混凝土材料应用现状与长螺旋钻孔技术的工艺现状,对二者结合施工的工艺原理进行阐述和分析,根据库伦土压原理对压灌桩施工过程中的土体力学变动情况进行分析,同时考虑桩土摩阻力,提出力学分析的数学表达式并进行研究,总结了在真实土力学工况中超流态混凝土桩施工质量的控制方式与质量提升方法。

超流氦理论终获证实

超流体是现代物理学研究中一个令人着迷的话题。超流体受量子力学控制并以其无摩擦流动而闻名,其不寻常的特性和深远的应用引起了科学家的兴趣。据报道,美国佛罗里达州立大学工程学院研究人员日前在研究涡流如何在量子流体中运动方面取得了里程碑式的突破性成果。他们对超流氦中涡环运动的研究发表在《自然·通讯》上,为支持最近开发的量子化涡流理论模型提供了关键证据。

几种获取1.8K超流氦方案的对比分析

针对如何获得1.8K的超流氦提出了直接节流、预冷与节流相结合、抽真空以及抽真空与节流过程相结合的4种方案.同时针对各个方案给出了过程进行的温—熵图、流程简图以及实现过程的主要设备.借助于各个方案进行过程的温—熵图,对这4种方案进行了详细的对比分析和计算,确定了各个方案最终可以获得的超流氦液体率.抽真空及抽真空与节流过程相结合的方案最终获得的超流氦液体率分别约为100%、90.3%.但这两种方案所需要的设备比较复杂,成本较高.直接节流方案和节流与预冷相结合的方案要求的设备相对比较简单,但直接节流方案没有利用低温饱和超流氦蒸汽的冷量,而节流与预冷相结合的方案利用低温饱和超流氦蒸汽的冷量进行预冷,使其最终的超流氦液体率与直接节流方案相比提高了近12%.

超流氦低温系统发展及涡轮冷压缩机的应用

2 K下大型氦低温系统已采用离心式涡轮冷压缩机在低温低压下对饱和液氦槽减压操作,以获得超流氦或过冷氦。介绍了2 K温度级超流氦制冷机发展情况和涡轮冷压缩机在氦制冷系统中的应用,以及中国科学院等离子体物理研究所EAST超导托卡马克氦低温制冷机中过冷氦的制取过程。

液氦/超流氦制冷系统负压换热器仿真及优化设计

针对液氦/超流氦制冷系统负压换热器,开发了一种基于分布参数微元法的准一维换热器计算模型,并采用该模型对换热器进行了仿真计算及优化设计。在传统换热器设计方法的基础上,该模型进行了分块考虑,加入了低温下变物性和轴向热损失等因素的影响,并对换热器进行温度、压力耦合计算,准确得出了换热器内部的温度和压力场。最后,针对一个实际工况下的液氦/超流氦换热器进行了传热、流动设计和材料、翅片结构优化,结果表明：处于临界状态附近的换热器设计需要更加准确的工质物性,当换热器材料的热导率在4-10W/（m·K）之间时,轴向导热效应对换热器长度和性能影响较小。该设计工况中采用的板翅式换热器材料为Al6061,5层排列结构（CHCHC）,翅片结构为JC654202/JC474202,能够满足设计需求。该研究工作为后续实际液氦/超流氦制冷系统负压换热器优化设计提供理论和技术支持。

超流氦气液相分离器实验装置研制

外太空科学探测系统需要 4K以下制冷系统的支持 ,超流氦 (HeII)是在此温度区间的一种理想冷却剂 ,超流氦空间制冷系统的关键部件超流氦相分离器是利用超流氦的超流特性和热机械效应实现气液相分离的。根据超流氦相分离器研究的需要 ,研制了一套超流氦多孔塞气液相分离器的实验装置及其测量系统。利用该实验装置成功地完成了多批多孔塞样品的特性实验 ,获得了丰富的实验数据。介绍了实验装置方案选择、结构组成、实验方法及调试结果。

^4He超流转变温度复现研究

本文介绍一种复现4He超流转变点 ( 2 1 768K)的密封瓶器件 ,复现方法简单 ,易于实现 ,可获得长达数小时的4He超流转变温坪。改变热流量 ,测出不同热流下对应的下压温坪值 ,外推到零热流 ,得到超流转变温度复现值。 3只密封瓶多次复现的标准偏差 (复现性 )为 0 0 4mK。

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)2K超流氦低温系统流程设计与计算

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)2 K超流氦低温系统流程设计与计算需根据系统热负荷以及功能需求,进行方案设计和管道的规格选型,确定氦制冷机制冷能力。使用关联式编程计算方法对PAPS氦低温系统进行了流程模拟和计算,确定了2 K超流氦的获得方式,并研究了不同的节流前温度与节流效率以及相分离器供液质量流量的关系,重点介绍超导腔的垂直测试站流程计算结果。经过流程计算可得:氦制冷机制冷能力选择2500 W@4.5 K,5000 L液氦储存杜瓦需为3个站点设备端提供21.52 g/s的1.3×105 Pa饱和液氦。主供液管内径选择23 mm,主回气管内经选择250 mm,超导腔氦池回气至减压降温泵入口的沿程阻力为195.12 Pa,不超过200 Pa,管道选型合适,能够满足要求。

大型低温超流氦制冷系统

极端条件推动了前沿科学技术研究的发展,作为基本物理量的温度向绝对零度发展的过程是一个十分重要的极端条件,并且由此还带来了一系列特殊的极端环境。近年来我国应用于大科学工程的大型低温制冷系统取得了较大的进展,但是还不能满足科学研究飞速发展的需要。探讨了我国进一步发展大型低温制冷系统的需求与研究重点。

宇宙空间超流氦低温技术的现状与进展

概述了宇宙空间超流氦低温技术的现状和最新发展，重点论述了空间探测器超流氦冷却技术，低温冷却系统中的关键技术，如多孔塞相分离器、微重力下杜瓦内ＨｅⅡ的管理、界面热阻等技术，宇宙空间飞行中ＨｅⅡ的在轨补充技术。

抽真空获取1.8K超流氦方案分析以及真空泵抽速的预测

低温地面支持系统(CGSE)是专为AMS-02国际合作科学实验项目开发研究的低温地面支持和冷却系统,该系统要完成将AMS-02超导磁体从环境温度到1.8K的冷却过程,超流氦(HeII)的获得是其重要环节。文中针对抽真空获取HeII的方案进行了比较详细的分析和计算,同时针对此方案给出了其物理过程的T-s图、流程简图和实现该过程的主要设备。最后针对此方案,对真空泵抽速进行了预测,这将对后续阶段真空泵的选型具有指导意义。

ADS 2K低温系统超流氦换热特性研究

以ADS 2K低温系统为研究平台,分析了恒温器结构参数中上升管与峰值热量的关系,测量了超导腔液氦池中不同工作温度下的超流氦峰值热量,最后给出了恒温器上升管的设计方法,并验证了ADS低温恒温器上升管设计的合理性。

低温传热中的热波现象及其对超流氦膜沸腾发生的影响

热波是低温传热中的常见现象，对热波现象的研究具有重要理论和实用价值．本文研究了固体和超流氦液体中的热波．对超流氦中的非稳态传热研究表明，热脉冲作用下的膜沸腾形成过程可由超流氨中的第二声（热波）进行很好的描述．

超流氦制冷系统2K冷却级热力分析

通过对节流阀阀前J-T换热器的效率以及2 K冷却级的制冷量等参量与节流阀前温度、压力以及J-T换热器冷、热端温差等关系的分析表明,考虑比热变化时J-T换热器的效率均低于不考虑比热变化时的J-T换热器的效率,且发现在降低换热器入口温度来提高单位质量氦气的2 K制冷量时,J-T换热器的热效率将降低。分析结果表明为避免系统变工况运行时换热器运行出现负温差,建议J-T换热器应该以限定冷端温差进行设计。